RU2345477C1 - Automatic signal gain control method - Google Patents

Automatic signal gain control method Download PDF

Info

Publication number
RU2345477C1
RU2345477C1 RU2007114482/09A RU2007114482A RU2345477C1 RU 2345477 C1 RU2345477 C1 RU 2345477C1 RU 2007114482/09 A RU2007114482/09 A RU 2007114482/09A RU 2007114482 A RU2007114482 A RU 2007114482A RU 2345477 C1 RU2345477 C1 RU 2345477C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gain
level
signal
current
value
Prior art date
Application number
RU2007114482/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007114482A (en
Inventor
Дмитрий Владимирович Желобанов (RU)
Дмитрий Владимирович Желобанов
Original Assignee
Инфинет Уаэрлес Лимитед
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Инфинет Уаэрлес Лимитед filed Critical Инфинет Уаэрлес Лимитед
Priority to RU2007114482/09A priority Critical patent/RU2345477C1/en
Publication of RU2007114482A publication Critical patent/RU2007114482A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2345477C1 publication Critical patent/RU2345477C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Amplification And Gain Control (AREA)
  • Tone Control, Compression And Expansion, Limiting Amplitude (AREA)

Abstract

FIELD: physics, radio.
SUBSTANCE: invention refers to signal gain control devices in telecommunication equipment and specifically to VoIP voice gain control methods. Method contains the stages as followings: incomer measurements, simultaneous calculation of two, the first and second current gains based on measuring result, calculation of total gain by multiplication of the first and second current gains, and output gain control based on calculated total gain.
EFFECT: higher jump signal response speed, lower background noise, and smooth gain control.
12 cl, 6 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретение.The technical field to which the invention relates.

Изобретение относится к устройствам регулирования коэффициента усиления сигнала в телекоммуникационном оборудовании и, в частности, к способу регулировки усиления речевых сигналов абонентов VoIP-устройств.The invention relates to devices for regulating the signal gain in telecommunication equipment and, in particular, to a method for adjusting the amplification of speech signals of subscribers of VoIP devices.

Уровень техникиState of the art

В настоящее время разработано множество систем автоматического регулирования усиления (АРУ), обеспечивающих поддержание среднего значения уровня выходного значения.Currently, many automatic gain control (AGC) systems have been developed that maintain the average value of the output value level.

Так, например, в патенте US 5907622 А1, МПК H03G 3/20, опуб. 25.05.1999 раскрыто устройство обработки сигнала звуковой частоты, включающее: средства, чтобы генерировать желательную громкость и сигнализирования представления желательной громкости упомянутого акустического сигнала; средства создания помехи, чтобы генерировать представление шумового сигнала состояния фонового шума в слушающем пространстве; переменные средства усиления, чтобы получать сигнал звуковой частоты и сигнал регулирования усиления для усиления упомянутого сигнала звуковой частоты в соответствии с упомянутым сигналом регулирования усиления для генерирования выходного сигнала; средства регулировки усиления, чтобы генерировать сигнал регулировки усиления в ответ на упомянутый желательный сигнал громкости и упомянутый шумовой сигнал, причем сигнал регулировки усиления, являющийся представителем усиления, соответствующего увеличивающемуся значению монотонной функции увеличения упомянутого состояния фонового шума; средства регулирования усиления, чтобы генерировать сигнал регулирования усиления в ответ на упомянутый сигнал регулировки усиления.So, for example, in patent US 5907622 A1, IPC H03G 3/20, publ. 05/25/1999 a sound frequency signal processing apparatus is disclosed, including: means for generating a desired volume and signaling a representation of a desired volume of said acoustic signal; interfering means to generate a representation of the noise signal of the background noise state in the listening space; variable gain means to receive an audio frequency signal and a gain control signal for amplifying said audio frequency signal in accordance with said gain control signal for generating an output signal; gain control means to generate a gain control signal in response to said desired volume signal and said noise signal, wherein a gain control signal representing a gain corresponding to an increasing value of a monotonic increase function of said background noise state; gain control means to generate a gain control signal in response to said gain control signal.

Другой патент US 6731768 В1, МПК H04R 25/00, опуб. 04.05.2004 раскрывает слуховой аппарат, имеющий переключаемую автоматическую регулировку усиления. В одном варианте входной сигнал передается на компаратор, который управляет коммутатором в схеме разъединения автоматической регулировки усиления. В то время как моментальный уровень на входе превышает порог, схема разъединения разрешает автоматическую регулировку усиления. В то время как моментальный уровень на входе не превышает порог, схема разъединения заблокирована и автоматическая регулировка усиления поддерживает установку текущего усиления. Поскольку речь имеет очень высокое максимальное пиковое значение, эта схема будет восстанавливать любое необходимое усиление при присутствии речи (принимающей соответствующий порог), но не восстанавливать усиление к фоновому шуму, максимальное пиковое значение которого ниже порога.Another patent US 6731768 B1, IPC H04R 25/00, publ. 05/04/2004 reveals a hearing aid having a switchable automatic gain control. In one embodiment, the input signal is transmitted to a comparator, which controls the switch in an automatic gain control isolation circuit. While the instantaneous input level exceeds the threshold, the disconnect circuit allows automatic gain control. While the instantaneous input level does not exceed the threshold, the disconnect circuit is locked and automatic gain control supports setting the current gain. Since speech has a very high maximum peak value, this circuit will restore any necessary gain in the presence of speech (assuming an appropriate threshold), but will not restore the gain to background noise whose maximum peak value is below the threshold.

Заявка US 2002164039 А1, МПК H04R 3/00, опуб. 07.11.2002 раскрывает способ управления балансом усиления по низкой частоте, включающий обеспечение микрофонного входа звуковым сигналом для подачи его к входному каскаду усилителя, вычисление динамического моментального энергетического значения звукового сигнала в первом эксплуатационном режиме, осуществление предопределенного алгоритма усилия звукового сигнала во втором режиме, используя энергетическое значение, осуществление усиления по низкой частоте в устройстве связей так, что усиление по низкой частоте, в первом эксплуатационном режиме, существенно аппроксимирует усиление по низкой частоте во втором эксплуатационном режиме.Application US 2002164039 A1, IPC H04R 3/00, publ. 11/07/2002 discloses a method for controlling the gain balance at a low frequency, including providing a microphone input with an audio signal to supply it to the input stage of the amplifier, calculating the dynamic instantaneous energy value of the audio signal in the first operating mode, implementing a predefined algorithm for the strength of the audio signal in the second mode using the energy value, the implementation of low-frequency gain in the communications device so that the low-frequency gain, in the first operational ohm mode, substantially approximates the low frequency gain in the second operating mode.

Патент US 5659582 А, МПК Н04В 1/06, опуб. 19.08.1997, защищающий автоматический регулятор усиления, включающий: средства, чтобы обнаруживать мгновенную мощность сигнала, усиленного или уменьшенного в управляемом устройстве; генератор управляющего сигнала, включающий: средства, фильтрующие мгновенную мощность, содержащие: средства объединения, производящие интегрированное значение мощности, объединяя значение блока, представляющего указанную мгновенную мощность относительно предопределенного порогового значения; и средства сглаживания, чтобы вновь устанавливать интегрированное значение мощности заданному значению между предопределенным верхним порогом и предопределенным более низким порогом, более малым, чем указанный верхний порог и управляющие средства, чтобы получать тенденцию изменения упомянутой мгновенной мощности на основе результата фильтрования, обнаруживая неоднократно, что указанное интегрированное значение мощности достигло верхнего порога или более низкого порога, причем указанные управляющие средства управляют усилением управляемого устройства, мощность которого будет передана в соответствии с указанной тенденцией полученного изменения.Patent US 5659582 A, IPC Н04В 1/06, publ. 08/19/1997, protecting an automatic gain control, including: means to detect the instantaneous power of a signal amplified or reduced in a controlled device; a control signal generator including: instant power filtering means, comprising: combining means producing an integrated power value, combining a value of a block representing said instantaneous power with respect to a predetermined threshold value; and smoothing means to reset the integrated power value to a predetermined value between a predetermined upper threshold and a predetermined lower threshold smaller than said upper threshold and control means to obtain a tendency for said instantaneous power to change based on the filtering result, repeatedly detecting that the integrated power value has reached an upper threshold or a lower threshold, wherein said control means controls the gain of ravlyaetsya device, whose power is transferred in accordance with the specified change trend obtained.

В настоящее время основными требованиями, предъявляемыми к системе АРУ IP-телефона, являются:Currently, the main requirements for the AGC system of an IP phone are:

- Возможность снижения уровня акустического эха, возникающего за счет конструктивных особенностей телефонного аппарата (система АРУ не должна усиливать эхосигнал).- The ability to reduce the level of acoustic echo arising from the design features of the telephone (the AGC system should not amplify the echo signal).

- Система АРУ должна снижать уровень сигнала, идущего с перегрузкой (абонент кричит в трубку).- The AGC system should reduce the level of the signal coming with overload (the subscriber screams into the phone).

- Система АРУ должна обеспечивать значение среднего уровня выходного сигнала на уровне - 19 дБ, то есть повышать коэффициент усиления сигнала при низком уровне и снижать при высоком. Причем изменение коэффициента усиления должно быть плавным, чтобы избежать ухудшения качества связи из-за появления эффекта «пульсации» сигнала (случай резкого изменения коэффициента усиления).- The AGC system should provide a value of the average level of the output signal at the level of - 19 dB, that is, increase the signal gain at a low level and reduce at a high level. Moreover, the change in the gain should be smooth, in order to avoid deterioration in the quality of communication due to the appearance of the effect of "ripple" of the signal (the case of a sharp change in gain).

- Система АРУ должна регулировать коэффициент усиления только при наличии речевого сигнала, она не должна усиливать фоновый шум в паузах речи.- The AGC system should adjust the gain only if there is a speech signal, it should not amplify the background noise during pauses in speech.

Технические решения, в настоящее время известные из уровня техники, полностью не отвечают современным требованиями, предъявляемыми к системе АРУ IP-телефона, поэтому настоящее изобретение было разработано с учетом приведенных выше требований.Technical solutions, currently known from the prior art, completely do not meet the modern requirements for the AGC system of an IP phone, so the present invention was developed taking into account the above requirements.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Поставленные задачи достигаются с помощью способа автоматической регулировки усиления сигнала, включающего измерение уровня входящего сигнала, одновременное вычисление двух, первого и второго, текущих коэффициентов усиления на основании результата измерения, вычисление итогового коэффициента усиления путем умножения первого и второго текущих коэффициентов усиления и регулирования усиления выходного сигнала на основании полученного итогового значения коэффициента усиления.The tasks are achieved using a method of automatically adjusting the signal gain, including measuring the level of the input signal, simultaneously calculating two, first and second current gains based on the measurement result, calculating the final gain by multiplying the first and second current gains and adjusting the output gain based on the resulting gain value.

При этом в одном варианте осуществления изобретения вычисление первого текущего коэффициента усиления осуществляют путем сравнения текущего уровня входящего сигнала с заданными порогами, в случае если уровень входящего сигнала превышает первый заданный порог (порог ограничителя), первый текущий коэффициент усиления рассчитывается путем вычисления разности между текущим уровнем входящего сигнала и порогом, в случае если уровень входящего сигнала превышает второй заданный порог (порог компрессора), но ниже первого заданного порога, используют компрессор сигнала для вычисления первого текущего коэффициент усиления посредством умножения текущего уровня входящего сигнала на значение коэффициента наклона компрессора и, если уровень входящего сигнала ниже заранее заданного диапазона (порог экспандера), используют экспандер сигнала для вычисления первого текущего коэффициента усиления посредством умножения текущего уровня входящего сигнала на значение коэффициента наклона экспандера.Moreover, in one embodiment of the invention, the calculation of the first current gain is carried out by comparing the current level of the incoming signal with predetermined thresholds, if the level of the incoming signal exceeds the first preset threshold (limiter threshold), the first current gain is calculated by calculating the difference between the current level of the incoming the signal and the threshold, if the level of the incoming signal exceeds the second predetermined threshold (compressor threshold), but below the first predetermined threshold, and they use a signal compressor to calculate the first current gain by multiplying the current level of the incoming signal by the value of the slope of the compressor and, if the input signal is below a predetermined range (expander threshold), use a signal expander to calculate the first current gain by multiplying the current level of the input by the value of the slope of the expander.

В другом варианте осуществления изобретения, в случае если текущий уровень входящего сигнала ниже порога компрессора, но выше порога экспандера, мгновенный коэффициент усиления устанавливается в 0 дБ.In another embodiment, if the current input signal level is below the compressor threshold but above the expander threshold, the instantaneous gain is set to 0 dB.

Еще в одном варианте осуществления изобретения вычисление второго текущего коэффициента усиления осуществляют путем вычисления разницы между текущим уровнем сигнала и заранее заданным уровнем сигнала. При этом вычисление второго текущего коэффициента усиления осуществляют для фрагмента входного сигнала, при этом определяют вокализованность фрагмента входного сигнала и вычисление второго текущего коэффициента усиления осуществляют только при наличии признака вокализованности фрагмента входного сигнала, при этом, в случае отсутствия признака вокализованности фрагмента входного сигнала, используется коэффициент усиления, рассчитанный для предыдущего вокализованного фрагмента входного сигнала.In yet another embodiment of the invention, the calculation of the second current gain is carried out by calculating the difference between the current signal level and a predetermined signal level. In this case, the calculation of the second current gain is carried out for the input signal fragment, the vocalization of the input signal fragment is determined and the second current gain is calculated only if the input signal fragment is vocalized, and in the absence of the vocalization sign of the input signal fragment, the coefficient is used gain calculated for the previous voiced fragment of the input signal.

Еще в одном варианте осуществления изобретения измерение уровня входящего сигнала осуществляют в логарифмическом диапазоне.In another embodiment of the invention, the measurement of the level of the incoming signal is carried out in the logarithmic range.

Еще в одном варианте осуществления изобретения вычисление первого и второго текущих коэффициентов усиления осуществляют в логарифмическом диапазоне и переводят в линейный.In another embodiment of the invention, the calculation of the first and second current gain is carried out in the logarithmic range and translate into linear.

В другом варианте осуществления изобретения полученные первый и второй текущий коэффициенты усиления сглаживают для обеспечения требуемых динамических характеристик обеих частей устройства.In another embodiment of the invention, the obtained first and second current amplification factors are smoothed to provide the required dynamic characteristics of both parts of the device.

Еще в одном варианте осуществления изобретения на этапе сглаживания коэффициент усиления определяют по формулеIn another embodiment of the invention, in the smoothing step, the gain is determined by the formula

g(n)=(1-k)·g(n-1)+k·f(n),g (n) = (1-k) g (n-1) + k f (n),

где k равно коэффициенту атаки или освобождения.where k is equal to the coefficient of attack or release.

Еще в одном варианте осуществления изобретения все действия способа осуществляют над порциями входящего сигнала.In yet another embodiment, all the steps of the method are performed on portions of the incoming signal.

Еще в одном варианте осуществления изобретения заранее заданному диапазону соответствует диапазон от -10 до -30 дБ.In yet another embodiment, a predetermined range corresponds to a range of -10 to -30 dB.

Еще в одном варианте осуществления изобретения этап вычисления мгновенного значения коэффициента усиления на основании результата измерения дополнительно включает этап определения соответствия уровня входящего сигнала заранее заданному пиковому значению и, если значение уровня входящего сигнала превышает заранее заданное пиковое значение, мгновенное значение коэффициента усиления вычисляют путем инвертирования значения превышения уровня сигнала заранее заданного пикового значения.In yet another embodiment, the step of calculating the instantaneous gain value based on the measurement result further includes the step of determining whether the input signal level matches a predetermined peak value, and if the input signal level value exceeds a predetermined peak value, the instantaneous gain value is calculated by inverting the excess value signal level of a predetermined peak value.

Краткое описание чертежей.A brief description of the drawings.

Фиг.1 Общая блок-схема АРУ.Figure 1 General block diagram of the AGC.

Фиг.2 Схема измерителя уровня речевого сигнала.Figure 2 Scheme of the level meter of the speech signal.

Фиг.3 Графики зависимости выходного уровня и коэффициента усиления от значения входного уровня.Figure 3 Graphs of the dependence of the output level and gain on the value of the input level.

Фиг.4 Схема измерителя пикового значения сигнала.Figure 4 The scheme of the meter peak value of the signal.

Фиг.5 Алгоритм работы регулятора коэффициента усиления.Figure 5 The algorithm of the gain control.

Фиг.6 Схема блока сглаживания.6 is a diagram of the smoothing unit.

Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Блок-схема системы АРУ представлена на фиг.1. Входной речевой сигнал поступает на вход в виде фрагментов по 80 16-разрядных отсчетов с частотой дискретизации 8 кГц (10 мс).The block diagram of the AGC system is presented in figure 1. The input speech signal is input in fragments of 80 16-bit samples with a sampling frequency of 8 kHz (10 ms).

Производится измерение уровня речевого сигнала в блоке 1 измерителя уровня речевого сигнала. Результат измерения, представленный в логарифмическом диапазоне, используется в регуляторе 2 коэффициента усиления для вычисления мгновенного значения коэффициента усиления. Полученное значение мгновенного коэффициента усиления обрабатывается в блоке 3 сглаживания. На выход блок 3 сглаживания выдает текущее значение коэффициента усиления в линейном диапазоне. Блок 3 сглаживания коэффициента усиления задает динамические характеристики системы АРУ.The measurement of the level of the speech signal in block 1 of the meter level of the speech signal. The measurement result, presented in the logarithmic range, is used in the gain controller 2 to calculate the instantaneous gain value. The obtained value of the instantaneous gain is processed in block 3 smoothing. The output unit 3 smoothing gives the current value of the gain in the linear range. Block 3 smoothing the gain sets the dynamic characteristics of the AGC system.

Блок измеритель уровня речевого сигналаSpeech level meter block

Блок 1 измерителя уровня речевого сигнала представлен на фиг.2. С помощью предложенной схемы производится измерение среднеквадратического значения энергии сигнала при помощи возведения в квадрат входного сигнала и усреднения его при пропускании через фильтр нижних частот первого порядка. Изменением значения коэффициента TAV производится настройка скорости изменения среднеквадратического значения энергии на выходе измерителя, причем значение коэффициента должно быть меньше 1. С ростом коэффициента скорость реакции измерителя на изменение входного сигнала увеличивается. Тем самым достигается измерение среднего значения уровня сигнала на определенном промежутке времени.Block 1 of the level meter of the speech signal is presented in figure 2. Using the proposed scheme, the root-mean-square value of the signal energy is measured by squaring the input signal and averaging it when passing through a first-order low-pass filter. By changing the value of the TAV coefficient, the rate of change of the root-mean-square energy value at the meter output is adjusted, and the coefficient value must be less than 1. As the coefficient grows, the speed of the meter reaction to a change in the input signal increases. Thereby, the measurement of the average signal level value over a certain period of time is achieved.

На выходе фильтра полученное значение используется для вычисления логарифма по основанию 2. Использование логарифмической шкалы при измерении уровня сигнала обусловлено физиологической особенность слухового аппарата человека. Логарифмическая мера уровня громкости сигнала очень хорошо отображает человеческое восприятие звука. Использование логарифма по основанию 2 обусловлено простотой целочисленного алгоритма вычислений.At the filter output, the obtained value is used to calculate the logarithm of base 2. The use of the logarithmic scale when measuring the signal level is due to the physiological feature of the human hearing aid. A logarithmic measure of the volume level of a signal very well reflects the human perception of sound. The use of the base 2 logarithm is due to the simplicity of the integer calculation algorithm.

После вычисления значения логарифма среднеквадратического значения уровня сигнала производится умножение полученного значения на коэффициент 0.5, что в линейной шкале соответствует операции извлечения квадратного корня.After calculating the logarithm of the root mean square value of the signal level, the obtained value is multiplied by a factor of 0.5, which in the linear scale corresponds to the square root extraction operation.

Измеритель производит вычисления согласно следующей формуле:The meter calculates according to the following formula:

xRMS(n)=(1-TAV)·xRMS(n-1)+TAV·x2(n).x RMS (n) = (1-TAV) x RMS (n-1) + TAV x 2 (n).

Регулировка коэффициента усиленияGain adjustment

Алгоритм работы регулятора 2 коэффициента усиления представлен на фиг.5The algorithm of the gain control 2 is shown in Fig.5

Динамический диапазон громкости речевого сигнала можно разбить на три поддиапазона:The dynamic range of the volume of the speech signal can be divided into three sub-bands:

- Очень громкий звук, раздражающий абонента: речь, переходящая в крик, громкий фоновый шум. Пороговое значение для этого диапазона 0-10 дБ.- Very loud sound annoying the caller: speech turning into a scream, loud background noise. The threshold value for this range is 0-10 dB.

- Нормальная речь: -10 ÷ -30 дБ.- Normal speech: -10 ÷ -30 dB.

- Фоновые шумы, акустическое эхо: меньше -30 дБ.- Background noise, acoustic echo: less than -30 dB.

Тем самым регулятор 2 коэффициента усиления (КУ) можно разбить на два независимых блока: регулятор КУ нормального речевого диапазона и регулятор сигнала вне этого диапазона.Thus, the gain control 2 (KU) can be divided into two independent blocks: the KU regulator of the normal speech range and the signal regulator outside this range.

Регулятор КУ при значениях уровня, находящихся вне нормального речевого диапазонаKU controller for level values outside the normal speech range

При значении входного сигнала, уровень которого лежит в первом диапазоне (больше -10 дБ), для повышения комфорта необходимо снизить уровень сигнала. Для этой цели используются компрессор и ограничитель сигнала. Компрессор преобразует большие изменения входного сигнала в малые изменения выходного, а ограничитель лимитирует максимальный уровень выхода.When the value of the input signal, the level of which lies in the first range (more than -10 dB), to increase comfort, it is necessary to reduce the signal level. For this purpose, a compressor and signal limiter are used. The compressor converts large changes in the input signal into small changes in the output, and the limiter limits the maximum output level.

В случае, когда значение уровня сигнала лежит в третьем диапазоне (меньше -30 дБ), для снижения уровня фоновых шумов и эха сигнала используется экспандер сигнала, который увеличивает значение малых изменений уровня.In the case when the signal level value lies in the third range (less than -30 dB), a signal expander is used to reduce the level of background noise and signal echo, which increases the value of small level changes.

В обоих случаях использования и компрессора и экспандера коэффициент усиления входного сигнала имеет значение меньше 1, улучшая качество речевого сигнала за счет снижения уровня очень громких звуков, уменьшения уровня эха и снижения уровня фоновых шумов. Графическая зависимость уровня выходного сигнала и коэффициента усиления от уровня входного сигнала представлена на фиг.3.In both cases of using both the compressor and the expander, the input gain is less than 1, improving the quality of the speech signal by reducing the level of very loud sounds, reducing the echo level and reducing the background noise level. Graphical dependence of the level of the output signal and gain on the level of the input signal is presented in Fig.3.

Значение текущего уровня сравнивается с порогами. При значении уровня, соответствующего одному из диапазонов (экспандера, компрессора), вычисляется новый мгновенный коэффициент усиления посредством умножения текущего уровня на значение коэффициента наклона экспандера или компрессора соответственно. В случае, если значение уровня находится вне диапазонов компрессора или экспандера, то значение коэффициента усиления устанавливается равным 0 дБ. Для работы ограничителя производится измерение пикового уровня сигнала. Схема измерителя пикового уровня сигнала представлена на фиг.4. Если значение пикового уровня сигнала выше порога ограничителя (LT) в логарифмической шкале, в этом случае коэффициент усиления в логарифмической шкале вычисляется инвертированием значения превышения уровнем сигнала порога ограничителя.The value of the current level is compared with the thresholds. If the level value corresponds to one of the ranges (expander, compressor), a new instantaneous gain is calculated by multiplying the current level by the value of the slope of the expander or compressor, respectively. If the level value is outside the ranges of the compressor or expander, then the gain value is set equal to 0 dB. For the limiter to work, a peak signal level is measured. The circuit of the meter peak signal level is presented in figure 4. If the peak signal level is higher than the limiter threshold (LT) in the logarithmic scale, in this case the gain in the logarithmic scale is calculated by inverting the value of the signal exceeding the limiter threshold level.

Регулятор КУ при значениях уровня, соответствующих нормальному речевому диапазонуKU control at level values corresponding to the normal speech range

При значениях сигнала, находящихся в диапазоне -10 ÷ -30 дБ, соответствующему диапазону нормального речевого сигнала, система АРУ должна производить регулировку коэффициента усиления для достижения требуемого среднего уровня речи около -19 дБ.When the signal values are in the range of -10 ÷ -30 dB corresponding to the range of the normal speech signal, the AGC system must adjust the gain to achieve the required average speech level of about -19 dB.

Ключевым моментом при регулировке уровня сигнала в этом диапазоне является то, что система АРУ должна регулировать коэффициент усиления только при наличии речевого сигнала, а при отсутствии речи регулировка должна останавливаться. Для определения моментов наличия речи во входном сигнале разработано множество алгоритмов, так называемых VAD (Voice Activity Detector), которые часто используются в пакетной телефонии. Например, VAD согласно рекомендации ITU-T G.729B.The key point when adjusting the signal level in this range is that the AGC system should adjust the gain only in the presence of a speech signal, and in the absence of speech, the adjustment should stop. To determine the moments of speech in the input signal, many algorithms have been developed, the so-called VAD (Voice Activity Detector), which are often used in packet telephony. For example, VAD as recommended by ITU-T G.729B.

Использование VAD согласно рекомендации G.729B обуславливает блочный алгоритм работы регулятора с периодом обработки в 10 мс. При использовании других алгоритмов период обработки будет другой.Using VAD according to G.729B recommendation determines the block algorithm of the regulator operation with a processing period of 10 ms. Using other algorithms, the processing period will be different.

В случае обнаружения VAD вокализованного фрейма вычисляется новое мгновенное значение коэффициента усиления, представляющего собой разницу между текущим уровнем сигнал и требуемым (-19 дБ).In case of detecting a VAD voiced frame, a new instantaneous gain value is calculated, which is the difference between the current signal level and the desired (-19 dB).

Использование нижнего порога на входе регулятора нормального речевого диапазона позволяет дистанцироваться от акустического эха на входе регулятора. Так как VAD разработан для анализа и принятия решения о наличии речи на фоне шумов в сигнале с различным уровнем, в том числе и с уровнем ниже -30 дБ, поэтому VAD будет выдавать признак вокализованного фрейма даже в случае присутствия акустического эхосигнала в обрабатываемом сигнале.Using the lower threshold at the input of the regulator of the normal speech range allows you to distance yourself from the acoustic echo at the input of the regulator. Since VAD is designed to analyze and decide on the presence of speech in the background of noise in a signal with a different level, including a level below -30 dB, therefore, VAD will give a sign of a voiced frame even in the presence of an acoustic echo signal in the processed signal.

Значения мгновенного текущего коэффициента усиления с обеих частей регулятора переводятся из логарифмического в линейный диапазон путем возведения двойки в степень мгновенного значения коэффициента усиления. Полученное значение коэффициентов усиления передается на блоки сглаживания для обеспечения необходимых динамических характеристик регулятора.The values of the instantaneous current gain from both parts of the controller are transferred from the logarithmic to the linear range by raising the two to the power of the instantaneous value of the gain. The obtained value of the gain is transmitted to the smoothing blocks to provide the necessary dynamic characteristics of the controller.

Применение двух независимых блоков сглаживания для обеих частей регулятора позволяет задавать различные динамические характеристики для обеспечения заданных требований.The use of two independent smoothing units for both parts of the regulator allows you to set different dynamic characteristics to meet specified requirements.

Блок 3 сглаживания коэффициента усиленияGain smoothing unit 3

Схема блока 3 сглаживания коэффициента усиления представлена на фиг.6. Динамические характеристики системы регулирования задаются при помощи коэффициентов атаки и освобождения. При снижении коэффициента усиления применяется коэффициент атаки, а при повышении - коэффициент освобождения.The block circuit 3 smoothing gain is presented in Fig.6. The dynamic characteristics of the control system are set using attack and release factors. When the gain is reduced, the attack coefficient is applied, and when increased, the release coefficient is applied.

Значение нового коэффициента усиления на входе блока сравнивается с предыдущим значением и после применения небольшой петли гистерезиса определяется используемый в данный момент коэффициент (атаки или освобождения). Применение петли гистерезиса гарантирует стабильность работы системы при небольших девиациях коэффициента усиления.The value of the new gain at the input of the block is compared with the previous value and after applying a small hysteresis loop, the coefficient currently used (attack or release) is determined. The use of a hysteresis loop guarantees the stability of the system at small deviations of the gain.

После выбора текущего коэффициента производится сглаживание управляющего сигнала:After selecting the current coefficient, the control signal is smoothed:

g(n)=(1-k)·g(n-1)+k·f(n),g (n) = (1-k) g (n-1) + k f (n),

где k равно коэффициенту атаки или освобождения.where k is equal to the coefficient of attack or release.

Полученные на выходе блоков сглаживания коэффициенты усиления с обеих частей регулятора перемножаются, обеспечивая тем самым плавность переходных процессов системы АРУ. Полученный общий КУ используется для масштабирования входного сигнала.The amplification factors obtained at the output of the smoothing blocks from both parts of the controller are multiplied, thereby ensuring the smoothness of the transient processes of the AGC system. The resulting common KU is used to scale the input signal.

Настоящее изобретение позволяет снизить уровень акустического эха, возникающего из-за конструктивных особенностей VoIP-телефона, и фоновых шумов - за счет использования экспандера. Применением VAD, который используется в качестве сигнализатора наличия речи для активизации процесса регулирования КУ, а не для отключения тракта, достигается отстройка от громких шумов при голосоактивизируемой регулировке среднего уровня сигнала. Лиметерно/компрессорно/экспандерная схема позволяет при регулировке среднего уровня сигнала отстраиваться как от очень слабых сигналов, так и от очень громких. Предложенное изобретение позволяет повысить скорость реагирования на резко изменяющийся уровень сигнала (резкий переход от тихого разговора к очень громкому), снизить уровень фоновых шумов, обеспечить плавность регулирования коэффициента усиления речевого сигнала (исключается эффект пульсирующего звука в паузах речи).The present invention allows to reduce the level of acoustic echo resulting from the design features of a VoIP phone and background noise due to the use of an expander. By using VAD, which is used as a signaling device for the presence of speech to activate the control process of the control unit, and not to turn off the path, a detuning from loud noises is achieved with voice-activated adjustment of the average signal level. The measuring / compressor / expander circuit allows you to adjust both very weak signals and very loud ones when adjusting the average signal level. The proposed invention allows to increase the response rate to a sharply changing signal level (a sharp transition from a quiet conversation to a very loud one), to reduce the level of background noise, to ensure smooth control of the gain of the speech signal (the effect of a pulsating sound in speech pauses is eliminated).

Claims (12)

1. Способ автоматической регулировки усиления сигнала, содержащий следующие этапы: измерения уровня входящего сигнала, одновременное вычисление двух, первого и второго текущих коэффициентов усиления на основании результата измерения, вычисление итогового коэффициента усиления путем умножения первого и второго текущих коэффициентов усиления, и регулирования усиления выходного сигнала на основании полученного итогового значения коэффициента усиления.1. A method of automatically adjusting the signal gain, comprising the following steps: measuring the level of the input signal, simultaneously calculating two, first and second current gains based on the measurement result, calculating the final gain by multiplying the first and second current gains, and adjusting the output gain based on the resulting gain value. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вычисление первого текущего коэффициента усиления осуществляют путем сравнения текущего уровня входящего сигнала с заданными порогами, при этом в случае если уровень входящего сигнала превышает первый заданный порог (порог ограничителя), первый текущий коэффициент усиления рассчитывается путем вычисления разности между текущим уровнем входящего сигнала и порогом, в случае если уровень входящего сигнала превышает второй заданный порог (порог компрессора), но ниже первого заданного порога, используют компрессор сигнала для вычисления первого текущего коэффициента усиления посредством умножения текущего уровня входящего сигнала на значение коэффициента наклона компрессора, и если уровень входящего сигнала ниже заранее заданного диапазона (порог экспандера) используют экспандер сигнала для вычисления первого текущего коэффициента усиления посредством умножения текущего уровня входящего сигнала на значение коэффициента наклона экспандера.2. The method according to claim 1, characterized in that the calculation of the first current gain is carried out by comparing the current level of the incoming signal with predetermined thresholds, in this case, if the level of the incoming signal exceeds the first predetermined threshold (threshold limiter), the first current gain is calculated by calculating the difference between the current level of the incoming signal and the threshold, if the level of the incoming signal exceeds the second preset threshold (compressor threshold), but below the first preset threshold, using a signal compressor for calculating the first current gain by multiplying the current input signal level by the compressor slope value, and if the input signal level is below a predetermined range (expander threshold), a signal expander is used to calculate the first current gain by multiplying the current input level by expander slope value. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в случае если текущий уровень входящего сигнала ниже порога компрессора, но выше порога экспандера первый текущий коэффициент усиления устанавливают в 0 дБ.3. The method according to claim 2, characterized in that if the current level of the incoming signal is below the compressor threshold, but above the expander threshold, the first current gain is set to 0 dB. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что вычисление второго текущего коэффициента усиления осуществляют путем вычисления разницы между текущим уровнем сигнала и заранее заданным уровнем сигнала.4. The method according to claim 1, characterized in that the calculation of the second current gain is carried out by calculating the difference between the current signal level and a predetermined signal level. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что вычисление второго текущего коэффициента усиления осуществляют для фрагмента входного сигнала, при этом определяют вокализованность фрагмента входного сигнала и вычисление второго текущего коэффициента усиления осуществляют только при наличии признака вокализованности фрагмента входного сигнала, при этом в случае отсутствия признака вокализованности фрагмента входного сигнала используется коэффициент усиления, рассчитанный для предыдущего вокализованного фрагмента входного сигнала.5. The method according to claim 4, characterized in that the calculation of the second current gain is carried out for a fragment of the input signal, while determining the vocalization of the fragment of the input signal and the calculation of the second current gain is carried out only if there is a sign of vocalization of the fragment of the input signal, in this case the absence of a sign of vocalization of the fragment of the input signal uses the gain calculated for the previous voiced fragment of the input signal. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерение уровня входящего сигнала осуществляют в логарифмическом диапазоне.6. The method according to claim 1, characterized in that the measurement of the level of the incoming signal is carried out in the logarithmic range. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что вычисление первого и второго текущих коэффициентов усиления осуществляют в логарифмическом диапазоне и переводят в линейный.7. The method according to claim 1, characterized in that the calculation of the first and second current gain is carried out in the logarithmic range and translate into linear. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученные первый и второй текущий коэффициенты усиления сглаживают для обеспечения требуемых динамических характеристик обеих частей устройства.8. The method according to claim 1, characterized in that the obtained first and second current amplification factors are smoothed to provide the required dynamic characteristics of both parts of the device. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что на этапе сглаживания коэффициент усиления определяют по формуле
g(n)=(l-k)·g(n-1)+k·f(n),
где k равно коэффициенту атаки или освобождения.
9. The method according to claim 1, characterized in that at the stage of smoothing, the gain is determined by the formula
g (n) = (lk) g (n-1) + k f (n),
where k is equal to the coefficient of attack or release.
10. Способ по п.1, отличающийся тем, что все действия способа осуществляют над порциями входящего сигнала.10. The method according to claim 1, characterized in that all the actions of the method are carried out on portions of the incoming signal. 11. Способ по п.2, отличающийся тем, что заранее заданному диапазону соответствует диапазон от -10 до -30 дБ.11. The method according to claim 2, characterized in that a predetermined range corresponds to a range from -10 to -30 dB. 12. Способ по п.1, отличающийся тем, что этап вычисления мгновенного значения коэффициента усиления на основании результата измерения дополнительно включает этап определения соответствия уровня входящего сигнала заранее заданному пиковому значению, и если значение уровня входящего сигнала превышает заранее заданное пиковое значение мгновенное значение коэффициента усиления вычисляют путем инвертирования значения превышения уровня сигнала заранее заданного пикового значения. 12. The method according to claim 1, characterized in that the step of calculating the instantaneous value of the gain based on the measurement result further includes the step of determining whether the level of the input signal matches a predetermined peak value, and if the value of the level of the incoming signal exceeds a predetermined peak value, the instantaneous value of the gain calculated by inverting the value of the excess signal level of a predetermined peak value.
RU2007114482/09A 2007-04-17 2007-04-17 Automatic signal gain control method RU2345477C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007114482/09A RU2345477C1 (en) 2007-04-17 2007-04-17 Automatic signal gain control method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007114482/09A RU2345477C1 (en) 2007-04-17 2007-04-17 Automatic signal gain control method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007114482A RU2007114482A (en) 2008-10-27
RU2345477C1 true RU2345477C1 (en) 2009-01-27

Family

ID=40544409

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007114482/09A RU2345477C1 (en) 2007-04-17 2007-04-17 Automatic signal gain control method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2345477C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2556392C2 (en) * 2014-06-03 2015-07-10 Гарри Романович Аванесян Automatic amplification adjustment method and device for its implementation (versions)
RU2562420C2 (en) * 2013-11-18 2015-09-10 Закрытое акционерное общество "Научно-производственная фирма "Микран" Method for automatic control of output signal strength and system therefor
RU2807511C1 (en) * 2023-05-23 2023-11-15 Акционерное общество "Научно-производственная фирма "Микран" Method for automatically controlling output power level of microwave signal of vector network analyser at intermediate frequency and system for its implementation

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2562420C2 (en) * 2013-11-18 2015-09-10 Закрытое акционерное общество "Научно-производственная фирма "Микран" Method for automatic control of output signal strength and system therefor
RU2556392C2 (en) * 2014-06-03 2015-07-10 Гарри Романович Аванесян Automatic amplification adjustment method and device for its implementation (versions)
RU2807511C1 (en) * 2023-05-23 2023-11-15 Акционерное общество "Научно-производственная фирма "Микран" Method for automatically controlling output power level of microwave signal of vector network analyser at intermediate frequency and system for its implementation

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007114482A (en) 2008-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11164592B1 (en) Responsive automatic gain control
CN100514989C (en) Microphone gains regulator of communication device
JP5149999B2 (en) Hearing aid and transient sound detection and attenuation method
JP3670962B2 (en) Dynamic automatic gain control in hearing aids
JP5525508B2 (en) Clarity control using ambient noise detection
US6744882B1 (en) Method and apparatus for automatically adjusting speaker and microphone gains within a mobile telephone
JP2962732B2 (en) Hearing aid signal processing system
CN112954115B (en) Volume adjusting method and device, electronic equipment and storage medium
US20110125494A1 (en) Speech Intelligibility
JP2002536930A (en) Adaptive dynamic range optimizing sound processor
JP5296108B2 (en) Method and apparatus for automatically adjusting speaker gain and microphone gain in a mobile telephone
US8489393B2 (en) Speech intelligibility
US20110125491A1 (en) Speech Intelligibility
WO2003081947A1 (en) Method for dynamic determination of time constants, method for level detection, method for compressing an electric audio signal and hearing aid, wherein the method for compression is used
CN108573709A (en) A kind of auto gain control method and device
KR102591447B1 (en) Voice signal leveling
WO2022206049A1 (en) Audio signal processing method and apparatus, and device and storage medium
US11947868B2 (en) Method to mute and unmute a microphone signal
RU2345477C1 (en) Automatic signal gain control method
US8639294B2 (en) System and method for performing automatic gain control in mobile phone environments
WO2007106384A1 (en) Music compatible headset amplifier with anti-startle feature
US20100054456A1 (en) Method and apparatus for controlling the transmit volume level of a speakerphone
JPWO2017033259A1 (en) Signal processing device, speaker device, and signal processing method
JPH0946400A (en) Voice input and output device provided with automatic adjusting function of sound volume
JPH05235789A (en) Voice communication terminal equipment

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110418