CN104158939A - 一种基于dsp控制的音频调节电路 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于DSP控制的音频调节电路，包括：音频输入装置和音频输出装置，所述音频输入装置通过第一音频放大电路连接到扬声器，音频输出装置接收用户的语音信号并将其通过第二音频放大电路上传到移动通信网络，通过移动通信网络传输到另一终端设备。本发明通过补偿电路对输入到音频输入装置的音频信号和音频输出装置输出的音频信号进行功率补偿，根据接收和输出的音频信号的音量差值自动调节输入输出音频信号的音量，使用户的通话体验舒适，而且能够省略音量键的设置，进一步提高手机的紧凑性和美观性；滤波及优化模块对主MIC和从MIC的音频信号进行放大与衰减，大大降低环境噪音的传输率。

Description

一种基于DSP控制的音频调节电路

技术领域

本发明涉及电子领域，特别是指一种基于DSP控制的音频调节电路。

背景技术

现有的手机分为智能手机和非智能手机，一般智能手机的性能比非智能手机好，但是非智能手机比智能手机稳定，大多数非智能手机和智能手机使用英国ARM公司架构的CPU。智能手机的主频较高，运行速度快，智能手机处理程序任务更快速，日常更加的方便，而非智能手机的主频则比较低，运行速度也比较慢。

无论是智能手机还是非智能手机，其音量的控制主要是通过手动实现音量的调节，智能手机通过实键或者触摸屏虚拟按键实现音量调节，非智能手机通过实键调节音量，目前，还没有自动调节音量的手机出现。而且，现有的手机其音质都尽量做到高保真的效果，即原声传递，但对于公交、市场等嘈杂场合，另一端的用户往往收听效果很差，用户体验大大降低。

发明内容

本发明提出一种基于DSP控制的音频调节电路，解决了现有技术中通过按键实现音量调节、和噪音被同步传输的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于DSP控制的音频调节电路，包括：音频输入装置和音频输出装置，所述音频输入装置通过第一音频放大电路连接到扬声器，扬声器向用户输出接收到的另一终端设备的语音信号，音频输出装置接收用户的语音信号并将其通过第二音频放大电路上传到移动通信网络，通过移动通信网络传输到另一终端设备；

所述音频输入装置还连接到第一采样电路，第一采样电路采集音频输入装置的音量值并将其转换为相应的第一电压值；

所述音频输出装置连接到第二采样电路，第二采样电路采集音频输出装置的音量值并将其转换为相应的第二电压值；

运算放大电路将第一电压值和第二电压值相比较，运算放大电路输出第一电压值和第二电压值的差值电压；

选择电路，连接到所述运算放大电路的输出端并接收所述差值电压，选择电路的输出端为两个，第一输出端连接到第一二极管的阴极，第一二极管的阳极连接到运算放大电路的输出端，第二输出端连接到第二二极管的阳极，第二二极管的阴极连接到运算放大电路，第一输出端输出正值电压，第二输出端输出负值电压；

第一补偿电路和第二补偿电路为开关控制器，第一补偿电路连接到所述选择电路的正值电压输出端，第二补偿电路连接到所述选择电路的负值电压输出端，根据所述差值电压输出占空比可调的脉冲信号，分别控制第一音频放大电路和第二音频放大电路中开关管的开通和关断，调节输出到扬声器和移动通信网络的功率；

所述音频输出装置和第二音频放大电路之间还包括滤波及优化模块；

所述音频输出装置包括：。

设置在手机正面下方的主MIC和设置在手机背面上方的从MIC；

滤波及优化模块包括第一子滤波器、第二子滤波器和主滤波器；第一子滤波器处理主MIC音频数据信息，输出状态估计x1和估计误差的协方差矩阵p1；第二子滤波器处理从MIC音频数据信息，输出状态估计x2和估计误差的协方差矩阵p2；所述状态估计x1，x2及估计误差的协方差矩阵p1，p2送到主滤波器，并同主滤波器的状态估计一起按式(1)和式(2)进行融合，得到全局最优估计和协方差矩阵：

${\hat{x}}_g=p_g\left(\underset{i=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i^{-1}{\hat{x}}_i\right)---\left(1\right)$

$p_g=\underset{i=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i^{-1}---\left(2\right)$

式中，i＝1，2；

主滤波器的最优估计值对2个子滤波器的状态估计进行重置，即

${\hat{x}}_i={\hat{x}}_g---\left(3\right)$

$p_i={\mathrm{\β}}_i^{-1}{p}_g---\left(4\right)$

以主MIC音频数据信息作为分析基准量，自动调整p值的大小，具体的自适应算法为：

β₁,β₂满足β₁+β₂＝1   (5)

${\mathrm{\β}}_1=\left\{\begin{array}{c}0.99,p\≤2\\ 2/p,2\≤p\≤5\\ 1/p,5\≤p\≤10\\ 2/p,p\≥10\end{array}\right.---\left(6\right)$

所述第二音频放大电路接收所述滤波及优化模块的输出信号，将优化后的音频信号通过移动通信网络传送到另一移动接收端；

所述第一采样电路、第二采样电路、运算放大电路、滤波及优化模块、第一补偿电路和第二补偿电路通过DSP电路实现，所述DSP电路为TMS320DM642芯片，通过程序设置在DSP芯片内部搭建所述第一采样电路、第二采样电路、运算放大电路、滤波及优化模块、第一补偿电路和第二补偿电路。

本发明的有益效果是：

通过补偿电路对输入到音频输入装置的音频信号和音频输出装置输出的音频信号进行功率补偿，根据接收和输出的音频信号的音量差值自动调节输入输出音频信号的音量，使用户的通话体验舒适，而且能够省略音量键的设置，进一步提高手机的紧凑性和美观性；通过滤波及优化模块对主MIC和从MIC的音频信号进行放大与衰减，大大降低环境噪音的传输率，提高用户的收听体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于DSP控制的音频调节电路的控制框图；

图2为本发明滤波及优化模块的控制框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明的基于DSP控制的音频调节电路，包括：音频输入装置100和音频输出装置400，所述音频输入装置通过第一音频放大电路700连接到扬声器800，扬声器向用户输出接收到的另一终端设备的语音信号，音频输出装置400接收用户的语音信号并将其通过第二音频放大电路710上传到移动通信网络810，通过移动通信网络传输到另一终端设备。

所述音频输入装置还连接到第一采样电路200，第一采样电路采集音频输入装置的音量值并将其转换为相应的第一电压值；所述音频输出装置连接到第二采样电路300，第二采样电路采集音频输出装置的音量值并将其转换为相应的第二电压值。

运算放大电路500将第一电压值和第二电压值相比较，并输出差值电压。选择电路510，连接到所述运算放大电路的输出端并接收所述差值电压，选择电路的输出端为两个，第一输出端连接到第一二极管511的阴极，第一二极管的阳极连接到运算放大电路的输出端，第二输出端连接到第二二极管512的阳极，第二二极管的阴极连接到运算放大电路，第一输出端输出正值电压，第二输出端输出负值电压。

第一补偿电路600和第二补偿电路610为开关控制器，第一补偿电路连接到所述选择电路的正值电压输出端，第二补偿电路连接到所述选择电路的负值电压输出端，根据所述差值电压输出占空比可调的脉冲信号，分别控制第一音频放大电路700和第二音频放大电路710中开关管的开通和关断，调节输出到扬声器和移动通信网络的功率。

如图1和图2所示，所述音频输出装置400和第二音频放大电路710之间还包括滤波及优化模块130；本发明的音频输出装置400，包括：设置在手机正面下方的主MIC110和设置在手机背面上方的从MIC120。

滤波及优化模块130包括第一子滤波器1311、第二子滤波器1312和主滤波器1314；第一子滤波器处理主MIC音频数据信息，输出状态估计x1和估计误差的协方差矩阵p1；第二子滤波器处理从MIC音频数据信息，输出状态估计x2和估计误差的协方差矩阵p2；所述状态估计x1，x2及估计误差的协方差矩阵p1，p2送到主滤波器，并同主滤波器的状态估计一起按式(1)和式(2)进行融合，得到全局最优估计和协方差矩阵：

${\hat{x}}_g=p_g\left(\underset{i=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i^{-1}{\hat{x}}_i\right)---\left(1\right)$

$p_g=\underset{i=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i^{-1}---\left(2\right)$

式中，i＝1，2；

主滤波器的最优估计值对2个子滤波器的状态估计进行重置，即

${\hat{x}}_i={\hat{x}}_g---\left(3\right)$

$p_i={\mathrm{\β}}_i^{-1}{p}_g---\left(4\right)$

以主MIC音频数据信息作为分析基准量，自动调整p值的大小，具体的自适应算法为：

β₁,β₂满足β₁+β₂＝1   (5)

${\mathrm{\β}}_1=\left\{\begin{array}{c}0.99,p\≤2\\ 2/p,2\≤p\≤5\\ 1/p,5\≤p\≤10\\ 2/p,p\≥10\end{array}\right.---\left(6\right)$

所述第二音频放大电路接收所述滤波及优化模块的输出信号，将优化后的音频信号通过移动通信网络传送到另一移动接收端。

所述第一采样电路、第二采样电路、运算放大电路、滤波及优化模块、第一补偿电路和第二补偿电路可以通过分立的形式实现，也可以通过集成的形式实现，分立形式即所述第一采样电路、第二采样电路、运算放大电路、滤波及优化模块、第一补偿电路和第二补偿电路通过多个分立的芯片及其外设元件实现，集成形式即通过DSP电路的程序设置在DSP芯片内部建立所述第一采样电路、第二采样电路、运算放大电路、滤波及优化模块、第一补偿电路和第二补偿电路，所述DSP电路为TMS320DM642芯片。

TMS320DM642是TI公司C6000系列DSP中最新的定点DSP，其核心是C6416型高性能数字信号处理器，具有极强的处理性能，高度的灵活性和可编程性，同时外围集成了非常完整的音频、视频和网络通信等设备及接口。

TMS320DM642芯片包括：3个可配置的视频端口(VPORT0－2)能够与通用的视频编、解码器实现无缝连接，支持多种视频分辨率及视频标准，支持RAW视频输入/输出，传输流模式；1个10/100Mb/s以太网接口(EMAC)，符合IEEE802.3标准；1个多通道带缓冲音频串行端口(McASP)，支持I2S，DIT，S/PDIF，IEC60958－1，AES－3、CP－430等音频格式；2个多通道带缓冲串行端口(McBSP)，采用RS232电平驱动；1个VCXO内插控制单元(VIC)，支持音/视频同步；1个32位、66M赫兹、3.3V主/从PCI接口，遵循PCI2.2规范；1个用户可配置的16/32主机接口(HPI)；1个16位通用输入/输出端口(GPIO)；1个64位外部存储器接口(EMIF)，能够与大多数异步存储器(SRAM、EPROM)及同步存储器(SDRAM，SBSRAM，ZBTSRAM，FIFO)无缝连接，最大可寻址外部存储器空间为1024MB；1个具有64路独立通道的增强型直接内存访问控制器(EDMA)；1个数据管理输入/输出模块(MDIO)；1个I2C总线模块；3个32位通用定时器；1个符合IEEE1149.1标准的JTAG接口及子板接口等。

本发明通过补偿电路对输入到音频输入装置的音频信号和音频输出装置输出的音频信号进行功率补偿，根据接收和输出的音频信号的音量差值自动调节输入输出音频信号的音量，使用户的通话体验舒适，而且能够省略音量键的设置，进一步提高手机的紧凑性和美观性；通过滤波及优化模块对主MIC和从MIC的音频信号进行放大与衰减，大大降低环境噪音的传输率，提高用户的收听体验。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于DSP控制的音频调节电路，包括：音频输入装置和音频输出装置，所述音频输入装置通过第一音频放大电路连接到扬声器，扬声器向用户输出接收到的另一终端设备的语音信号，音频输出装置接收用户的语音信号并将其通过第二音频放大电路上传到移动通信网络，通过移动通信网络传输到另一终端设备，其特征在于，

所述音频输入装置还连接到第一采样电路，第一采样电路采集音频输入装置的音量值并将其转换为相应的第一电压值；

所述音频输出装置连接到第二采样电路，第二采样电路采集音频输出装置的音量值并将其转换为相应的第二电压值；

运算放大电路将第一电压值和第二电压值相比较，运算放大电路输出第一电压值和第二电压值的差值电压；

选择电路，连接到所述运算放大电路的输出端并接收所述差值电压，选择电路的输出端为两个，第一输出端连接到第一二极管的阴极，第一二极管的阳极连接到运算放大电路的输出端，第二输出端连接到第二二极管的阳极，第二二极管的阴极连接到运算放大电路，第一输出端输出正值电压，第二输出端输出负值电压；

第一补偿电路和第二补偿电路为开关控制器，第一补偿电路连接到所述选择电路的正值电压输出端，第二补偿电路连接到所述选择电路的负值电压输出端，根据所述差值电压输出占空比可调的脉冲信号，分别控制第一音频放大电路和第二音频放大电路中开关管的开通和关断，调节输出到扬声器和移动通信网络的功率；

所述音频输出装置和第二音频放大电路之间还包括滤波及优化模块；

所述音频输出装置包括：。

设置在手机正面下方的主MIC和设置在手机背面上方的从MIC；

滤波及优化模块包括第一子滤波器、第二子滤波器和主滤波器；第一子滤波器处理主MIC音频数据信息，输出状态估计x1和估计误差的协方差矩阵p1；第二子滤波器处理从MIC音频数据信息，输出状态估计x2和估计误差的协方差矩阵p2；所述状态估计x1，x2及估计误差的协方差矩阵p1，p2送到主滤波器，并同主滤波器的状态估计一起按式(1)和式(2)进行融合，得到全局最优估计和协方差矩阵：

${\hat{x}}_g=p_g\left(\underset{i=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i^{-1}{\hat{x}}_i\right)---\left(1\right)$

$p_g=\underset{i=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i^{-1}---\left(2\right)$

式中，i＝1，2；

主滤波器的最优估计值对2个子滤波器的状态估计进行重置，即

${\hat{x}}_i={\hat{x}}_g---\left(3\right)$

$p_i={\mathrm{\β}}_i^{-1}{p}_g---\left(4\right)$

以主MIC音频数据信息作为分析基准量，自动调整p值的大小，具体的自适应算法为：

β₁,β₂满足β₁+β₂＝1   (5)

${\mathrm{\β}}_1=\left\{\begin{array}{c}0.99,p\≤2\\ 2/p,2\≤p\≤5\\ 1/p,5\≤p\≤10\\ 2/p,p\≥10\end{array}\right.---\left(6\right)$

所述第二音频放大电路接收所述滤波及优化模块的输出信号，将优化后的音频信号通过移动通信网络传送到另一移动接收端；

所述第一采样电路、第二采样电路、运算放大电路、滤波及优化模块、第一补偿电路和第二补偿电路通过DSP电路实现，所述DSP电路为TMS320DM642芯片，通过程序设置在DSP芯片内部搭建所述第一采样电路、第二采样电路、运算放大电路、滤波及优化模块、第一补偿电路和第二补偿电路。