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实时语音聊天中的音频处理与编码压缩技术

实时语音聊天中的音频处理与编码压缩技术

作者: UILabelkell | 来源:发表于2020-07-03 10:20 被阅读0次

1、前言

在视频或者音频通话过程中,一方面为了减小原始声音数据的传输码率,需要进行音频压缩,另一方面为了得到更高质量的音质,需要进行音频处理。如何处理好这两方面,保证声音传播的高真性

音频处理的方法主要包括:音频降噪、自动增益控制、回声抑制、静音检测和生成舒适噪声,主要的应用场景是视频或者音频通话领域。音频压缩包括各种音频编码标准,涵盖ITU制定的电信领域音频压缩标准(G.7xx系列)和微软、Google、苹果、杜比等公司制定的互联网领域的音频压缩标准。(iLBC、SILK、OPUS、AAC、AC3等)。

2、音频基础概念

了解音频处理和压缩之前需要知道这些:

1)音调:泛指声音的频率信息,人耳的主观感受为声音的低沉(低音)或者尖锐(高音)。

2)响度:声音的强弱。

3)采样率:声音信息在由模拟信号转化为数字信号过程中的精确程度,采样率越高,声音信息保留的越多。

4)采样精度:声音信息在由模拟信号转化为数字信号过程中,表示每一个采样点所需要的字节数,一般为16bit(双字节)表示一个采样点。

5)声道数:相关的几路声音数量,常见的如单声道、双声道、5.1声道。

6)音频帧长:音频处理或者压缩所操作的一段音频信息,常见的是10ms,20ms,30ms。

音频处理基础

噪声抑制(Noise Suppression)

手机等设备采集的原始声音往往包含了背景噪声,影响听众的主观体验,降低音频压缩效率。以Google著名的开源框架WebRTC为例,我们对其中的噪声抑制算法进行严谨的测试,发现该算法可以对白噪声和有色噪声进行良好的抑制。满足视频或者语音通话的要求。
其他常见的噪声抑制算法如开源项目Speex包含的噪声抑制算法,也有较好的效果,该算法适用范围较WebRTC的噪声抑制算法更加广泛,可以在任意采样率下使用。

回声消除(Acoustic EchoCanceller)

在视频或者音频通话过程中,本地的声音传输到对端播放之后,声音会被对端的麦克风采集,混合着对端人声一起传输到本地播放,这样本地播放的声音包含了本地原来采集的声音,造成主观感觉听到了自己的回声。

回声产生的原理如下图所示:


image.png

自动增益控制(Auto Gain Control)

手机等设备采集的音频数据往往有时候响度偏高,有时候响度偏低,造成声音忽大忽小,影响听众的主观感受。自动增益控制算法根据预先配置的参数对输入声音进行正向/负向调节,使得输出的声音适宜人耳的主观感受

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