基于SOPC的嵌入式数字音频AGC系统的设计与实现
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短时过零率是指每帧内信号通过零值的次数，对于数字音频信号实质上就是一帧信号采样点符号的变化次数，由于采样频率是固定的，因此短时过零率可以在一定程度上反映音频信号的频谱特征，用作一种音频信号频率的粗略估计。短时过零率Zi表示为
提取音频中以上3个关键特征参数就可以作为音频增益因子Gi的计算和判决的条件。
2．3 反馈机制的实现
在前馈处理中当输入的第i帧数字音频信号xi(n)的帧内峰值Pi超过用户设定的峰值电平门限值Ppeak信号就会被瞬间衰减，增益因子变小。而当输入的第i帧数字音频信号xi(n)的帧内峰值Pi低于用户设定的提升电平门限值Pact并且高于用户设定的噪音电平门限值Pnoise信号就会被瞬间提升，增益因子变大，低于噪音电平门限值Pnoise的信号就不会被提升。
前馈机制能在音频信号突变导致帧内峰值溢出或过小时，迅速改变增益因子，用非线性的变化将音频稳定在所设定的动态范围内(峰值电平门限Ppeak和提升电平门限Pact之间)。而新增加的反馈机制能通过判断处理后的短时能量
调整增益因子Gi+1，使音频信号变化稳定，在一个较宽的时间尺度上均衡响度。AGC算法中计算增益因子的具体流程，如图2所示。本文引用地址：https://www.eepw.com.cn/article/151004.htm
在反馈机制中使用α归一化滤波器对满足条件的输入音频信号和上一帧的增益因子Gi调整计算新的增益因子
。
α 归一化滤波器可以简单表示为
为了避免增益因子的剧烈波动，需要加大增益因子Gi的权重值α，而权重值α的大小决定了滤波器归一化的收敛速度，|1-α|越大，则收敛速度越快。权重值α的计算需要综合参考短时过零率Zi、处理前的短时能量Mi和处理后的短时能量。在音频剧烈变化的时候，增益因子仍然能够收放自如，稳定平衡音频信号的输出。
2．4 噪音抑制处理方法
在AGE中对噪音的抑制是一个重要的部分，噪音主要是音频信号间的静音噪音和AGE处理中产生的噪音。对静音噪音的抑制主要靠噪音电平门限的设定，当输入的第i帧数字音频信号xi(n)的帧内峰值Pi低于用户设定的噪音电平门限值Pnoise时，就将该帧的增益因子Gi调整为1，不进行放大处理。当输入的音频峰值连续低于噪音电平门限的时间达到静音时间ts则将输出音频静音，这样就可以抑制噪音而不影响音频输出质量。
AGC处理中一个重要问题是，在音频分帧的交界处的样值点会因为增益因子Gi的突然改变而产生原本连续信号样值的突变，当分帧为20 ms时，AGC处理效果相当于产生50 Hz幅度不定的阶跃信号噪音。噪音信号Unoise的大小为
当xi-1(960)和xi(1)相差较大时会产生较大的影响。在本设计中为了消除该噪音，改为在每一个处理帧开始后的第一个过零点进行增益因子的更新。此时噪音的影响为
由于音频信号样值的连续性，在过零点处xi-1(n-1)和xi-1(n)均趋向于O，因此unoise也趋向于0。由于人耳的可听声音频率范围在20 Hz～20 kHz，在音频采样和A／D转换时会滤除人耳的可听声音频率范围外的频率分量，而每个周期内都有两个过零点，所以增益因子的更新速度不受影响。由此则AGC处理带来的噪音也被很好的抑制。
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