CN104581532B - 一种音频处理系统及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种音频处理系统及处理方法，包括：动态范围压缩模块、第一处理模块、动态负载控制模块和解调模块；所述动态范围压缩模块，用于将接收到的音频信号进行压缩，输出第一压缩音频信号；所述第一处理模块，用于对所述第一压缩音频信号进行音频处理；所述动态负载控制模块，用于检测所述第一压缩音频信号的频率，根据检测结果确定超声波的目标输出频率；所述解调模块，用于根据所述第一处理模块的处理结果和所述超声波的目标输出频率确定输出的超声波音频信号。通过使用以上系统，可以实现将传统的音频进行超声波输出，从而保证在某一位置或某一方向可以听到而在其它位置或方向无法听到，从而实现对用户的区分声音传输。

Description

一种音频处理系统及处理方法

技术领域

本发明涉及数字多媒体技术领域，特别是一种音频处理系统及处理方法。

背景技术

随着数字多媒体技术的快速发展，越来越多的多媒体技术应用到人们的工作和生活中。

在现有技术中，都是采用如音箱等声源设备进行发声。人们站在音箱的四周，都可以听到相同的声音。但由于使用场景的不同，在有些情况下并不需要向每一个人传递声音；或者对于人们中的不同部分人需要提供不同声音，常见的如：对不同语言的人可能对于不同的人需要提供不同的语言声音）。而现有技术中实现上述功能都是需要用户佩戴相应的声音接收模块（如耳机）等，增加了用户正常收听的复杂度，影响到了用户的体验。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种音频处理系统，解决了现有技术中无法实现针对某一位置用户或某一方向用户单独传输声音的问题。

一种音频处理系统，包括：动态范围压缩模块、第一处理模块、动态负载控制模块和解调模块；

所述动态范围压缩模块，用于将接收到的音频信号进行压缩，输出第一压缩音频信号；

所述第一处理模块，用于对所述第一压缩音频信号进行音频处理；

所述动态负载控制模块，用于检测所述第一压缩音频信号的频率，根据检测结果确定超声波的目标输出频率；

所述解调模块，用于根据所述第一处理模块的处理结果和所述超声波的目标输出频率确定输出的超声波音频信号。

优选地，所述动态负载控制模块，包括：动态负载检测子模块、负载子模块和增益计算子模块；

所述动态负载检测子模块，用于检测所述第一压缩音频信号的信号强弱系数；

所述负载子模块，用于提供超声波的基准输出频率；

所述增益计算子模块，用于根据所述信号强弱系统和所述基准输出频率，确定超声波的目标输出频率。

优选地，所述第一处理模块，包括：滤波子模块；

所述滤波子模块，用于对所述第一压缩音频信号进行滤波处理。

优选地，还包括：功放模块；

所述功放模块，用于对所述超声波音频信号进行放大。

优选地，还包括：声波发射器；

所述声波发射器，用于根据所述功放模块输出的信号，发射超声波音频。

一种音频处理方法，包括：

将接收到的音频信号进行压缩得到第一压缩音频信号；

对所述第一压缩音频信号进行音频处理；

检测所述第一压缩音频信号的频率，根据检测结果确定超声波的目标输出频率；

根据所述音频处理的结果和所述超声波的目标输出频率确定输出的超声波音频信号。

优选地，所述判断所述第一压缩音频信号的频率，根据判断结果确定超声波的目标输出频率，具体为；

检测所述第一压缩音频信号的信号强弱系数；

根据所述信号强弱系统和超声波基准输出频率，确定超声波的目标输出频率。

优选地，所述对所述第一压缩音频信号进行音频处理，具体为：

对所述第一压缩音频信号进行滤波处理。

优选地，在所述确定输出的超声波音频信号之后，还包括：

对所述超声波音频信号进行频率放大。

优选地，在所述对所述超声波音频信号进行频率放大之后，还包括：

发射超声波音频。

本发明的有益效果是：

在本实施例中，包括动态范围压缩模块、第一处理模块、动态负载控制组件和解调模块。其中，动态范围压缩模块用于将接收到的音频信号进行压缩，输出第一压缩音频信号。第一处理模块用于对所述第一压缩音频信号进行音频处理。动态负载控制模块用于检测所述第一压缩音频信号的频率，根据检测结果确定超声波的目标输出频率。解调模块用于根据所述第一处理模块的处理结果和所述超声波的目标输出频率确定输出的超声波音频信号。通过使用以上系统，可以实现将传统的音频进行超声波输出，从而保证在某一位置或某一方向可以听到而在其它位置或方向无法听到，从而实现对用户的区分声音传输。

附图说明

图1是本发明提供的一种音频处理系统第一实施例的原理框图；

图2是本发明提供的一种音频处理系统第二实施例的原理框图；

图3是本发明提供的一种音频处理系统第三实施例的原理框图；

图4是本发明提供的一种音频处理方法第一实施例的流程图；

图5是本发明提供的一种音频处理方法第二实施例的流程图；

图6是本发明提供的一种音频处理方法第三实施例的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，使本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

参见图1，该图为本发明提供的一种音频处理系统第一实施例的原理框图。

在本实施例中，包括：动态范围压缩模块10、第一处理模块20、动态负载控制组件30和解调模块40。

所述动态范围压缩模块10，用于将接收到的音频信号进行压缩，输出第一压缩音频信号。

所述第一处理模块20，用于对所述第一压缩音频信号进行音频处理。

所述动态负载控制模块30，用于检测所述第一压缩音频信号的频率，根据检测结果确定超声波的目标输出频率。

所述解调模块40，用于根据所述第一处理模块的处理结果和所述超声波的目标输出频率确定输出的超声波音频信号。

本实施例中的系统由动态范围压缩模块10接收输入设备的音频信号，对音频信号进行压缩。具体的，假设输入的音频信号为40Hz-7000 Hz，上下区间相差6960 Hz。对音频进行压缩使得上下区间范围减少，即低位的音频等比上调，高位的音频等比下调，使得上下音频区间差减小，如减到4900 Hz（压缩后的结果为100 Hz-5000 Hz），作为第一压缩音频信号。

之后将第一压缩音频信号分别输送到第一处理模块20和动态负载控制模块30。

在输送到第一处理模块20后，第一处理模块20对音频信号进行各种音频优化处理。例如，可以在第一处理模块20中包括有滤波子模块，由滤波子模块对第一压缩音频信号进行滤波处理，去除某一频段区间的音频，常见的如小于200Hz的较低区域的音频。另外，在第一处理模块20中还可以包括降噪子模块、音频均衡子模块等模块。通过使用上述模块，可以实现对输入音频的优化或音质还原提升。

在本实施例中，需要使用超声波信号实现对于指定位置或指定方向的声音信号传播。其工作原理是：当输入两个频率分别为f1,f2的信号时，通过机械振动向空气中发射两列频率分别为f1,f2的超声波。这两列超声波在空气中产生非线性交互作用，从而最后生成了包括原超声信号f1、f2，和频信号f1+f2及差频信号f1-f2的复杂声波。由于声吸收系数a与频率的平方成正比，频率较高的超声波信号f1,f2,f1+f2将很快被空气吸收掉，剩下处于音频范围内的差频信号f1-f2在空气中高指向性传播。

另外，声波的指向性与声波波长与声源尺寸的比率密切相关。当声波波长远大于声源尺寸时，声波没有指向性；当声波波长接近直至远小于声源尺度时，声波将逐步呈现出越来越强的指向性。音频波波长处于17mm-17m之间，大部份音频波波长都远大于声源尺寸，因此音频范围一般是没有指向性的。

而处于音频范围内的差频信号f1-f2具有较强指向性，是因为向空气介质中发出强烈调制的超声波，超声波在沿其传播轴前进过程中不断通过非线性作用解调出音频信号，这些不断解调出来的音频累积叠加起来，从而实现某一方向具有较强的声音。而在传播主轴方向以外这种叠加效应很微弱，实现对用户或位置的区分音频传送。

结合到具体的模块：为了能够结合超声波效果，在第一压缩音频信号输送到动态负载控制模块30后，动态负载控制模块30检测第一压缩音频信号的频率，检测其相对于正常的音频范围处于什么的音频区间。根据检测的结果并结合超声波的实标输入频率确定超声波的目标输出频率。

最后，解调模块40将经过第一处理模块20处理后的音频按照确定的超声波目标输出频率进行输出。

在本实施例中，包括动态范围压缩模块、第一处理模块、动态负载控制组件和解调模块。其中，动态范围压缩模块用于将接收到的音频信号进行压缩，输出第一压缩音频信号。第一处理模块用于对所述第一压缩音频信号进行音频处理。动态负载控制模块用于检测所述第一压缩音频信号的频率，根据检测结果确定超声波的目标输出频率。解调模块用于根据所述第一处理模块的处理结果和所述超声波的目标输出频率确定输出的超声波音频信号。通过使用以上系统，可以实现将传统的音频进行超声波输出，从而保证在某一位置或某一方向可以听到而在其它位置或方向无法听到，从而实现对用户的区分声音传输。

参见图2，该图为本发明提供的一种音频处理系统第二实施例的原理框图。

在本实施例中，所述动态负载控制模块30为了检测所述第一压缩音频信号的频率并根据检测结果确定超声波的目标输出频率，因此可以包括：动态负载检测子模块301、负载子模块302和增益计算子模块303。

其中，动态负载检测子模块301用于检测所述第一压缩音频信号的信号强弱系数。如果输入为较低的音频，则计算得到的系数较小，该音频只需要较小的超声波频率。而如果该音频较高的音频，则计算得到的系数较大，该音频需要较大的超声波频率。例如，检测到第一压缩音频信号处于正常音频区间的某个位置。假设当前的第一压缩音频信号为2000Hz，而正常的音频区间为100Hz-5000Hz。则第一压缩音频信号的系数可以为0.41。

而在动态负载控制模块30中的负载子模块302，可以提供超声波的基准输出频率。

此时增益计算子模块303可以根据所述信号强弱系数和所述基准输出频率，确定超声波的目标输出频率。在本实施例中，可以将信号强弱系数乘以基准输出频率，得到超声波的目标输出频率。

在本实施例中，动态负载控制模块，包括动态负载检测子模块、负载子模块和增益计算子模块。其中，动态负载检测子模块用于检测所述第一压缩音频信号的信号强弱系数。负载子模块用于提供超声波的基准输出频率。增益计算子模块用于根据所述信号强弱系统和所述基准输出频率，确定超声波的目标输出频率。通过使用以上系统，可以实现对输入音频的动态检测取值，这样根据输入的音频大小可以控制超声波音频的输出频率，结合到后续的解调模块可以减少在发射超声波时的功率消耗，从而解决了传统中超声波输出功率单一的问题。

参见图3，该图为本发明提供的一种音频处理系统第三实施例的原理框图。

在本实施例中，还包括：功放模块50。

由于解调模块40输出的信号为较弱的信号，因此需要使用功放模块50对超声波音频信号进行放大。

而在本实施例中，还可以在功放模块50的输出端连接有声波发射器60。

所述声波发射器60用于根据所述功放模块输出的信号，发射超声波音频。此处，声波发射器60可以为一个超声波发射器阵列（换能装置），可以将电能转换为声波机械能。将低频的信号转换为低频的超声波信号，高频的信号转换为高频的超声波信号。

另外，在本实施例中，还可以包括有传感器。该传感器可以为位置雷达传感器，用于检测在某一方向或某一位置是否有用户存在。如果检测到用户的存在，则向指定方向或位置发射超声波；否则认为在指定方向没有用户，出于节能的考虑可以不向指定方向或位置发射超声波。

在本实施例中，还可以包括有功放模块和声波发射器。从而将计算得到超声波信号转换成可以在空气中传播的声音机械信号，最终实现向某一方向或位置的定向声音传播。

另外，结合本发明提供的一种音频处理系统，还可以提供一种音频处理方法，具体如下：

参见图4，该图为本发明提供的一种音频处理方法第一实施例的流程图。

在本实施例中，包括：

S401: 将接收到的音频信号进行压缩得到第一压缩音频信号。

S402: 对所述第一压缩音频信号进行音频处理。

S403: 检测所述第一压缩音频信号的频率。

S404: 根据检测结果确定超声波的目标输出频率。

S405: 根据所述音频处理的结果和所述超声波的目标输出频率确定输出的超声波音频信号。

在本实施例中，首先接收输入设备的音频信号，对音频信号进行压缩。具体的，假设输入的音频信号为40Hz-5000 Hz，上下区间相差6960 Hz。对音频进行压缩使得上下区间范围减少，即低位的音频等比上调，高位的音频等比下调，使得上下音频区间差减小，如减到4900 Hz（压缩后的结果为100 Hz-5000 Hz），作为第一压缩音频信号。

之后将第一压缩音频信号分别进行处理音频处理和频率检测处理。

在对第一压缩音频信号进行音频处理时，主要是对音频信号进行各种音频优化处理。例如，可以对第一压缩音频信号进行滤波处理，去除某一频段区间的音频，常见的如小于200Hz的较低区域的音频。另外，还可以包括对音频进行降噪处理或进行音频均衡处理，从而实现对输入音频的优化或音质还原提升。

在本实施例中，为了能够结合超声波效果，还需要检测第一压缩音频信号的频率，检测其相对于正常的音频范围处于什么的音频区间。根据检测的结果并结合超声波的实标输入频率确定超声波的目标输出频率。

最后，将经过处理后的音频按照确定的超声波目标输出频率进行输出。

在本实施例中，首先将接收到的音频信号进行压缩得到第一压缩音频信号。之后对所述第一压缩音频信号进行音频处理，检测所述第一压缩音频信号的频率，根据检测结果确定超声波的目标输出频率，最后根据所述音频处理的结果和所述超声波的目标输出频率确定输出的超声波音频信号。通过使用以上方法，可以实现将传统的音频进行超声波输出，从而保证在某一位置或某一方向可以听到而在其它位置或方向无法听到，从而实现对用户的区分声音传输。

参见图5，该图为本发明提供的一种音频处理方法第二实施例的流程图。

在本实施例中，步骤S501、S502和S505与本发明提供的一种音频处理方法第一实施例中的步骤S401、S402、S405相同，在此不再重复进行介绍

在本实施例中，所述判断所述第一压缩音频信号的频率，具体为：

S503: 检测所述第一压缩音频信号的信号强弱系数。

如果输入为较低的音频，则计算得到的系数较小，该音频只需要较小的超声波频率。而如果该音频较高的音频，则计算得到的系数较大，该音频需要较大的超声波频率。例如，检测到第一压缩音频信号处于正常音频区间的某个位置。假设当前的第一压缩音频信号为2000Hz，而正常的音频区间为100Hz-5000Hz。则第一压缩音频信号的系数可以为0.41。

所述根据判断结果确定超声波的目标输出频率，具体为：

S504：根据所述信号强弱系统和超声波基准输出频率，确定超声波的目标输出频率。

其中，可以提供超声波的基准输出频率，根据所述信号强弱系数和所述基准输出频率，确定超声波的目标输出频率。在本实施例中，可以将信号强弱系数乘以基准输出频率，得到超声波的目标输出频率。

在本实施例中，判断所述第一压缩音频信号的频率，具体为：检测所述第一压缩音频信号的信号强弱系数。根据判断结果确定超声波的目标输出频率，具体为：根据所述信号强弱系统和超声波基准输出频率，确定超声波的目标输出频率。通过使用以上方法，可以实现对输入音频的动态检测取值，这样根据输入的音频大小可以控制超声波音频的输出功率，结合到后续的解调模块可以减少在发射超声波时的功率消耗，从而解决了传统中超声波输出功率单一的问题。

参见图6，该图为本发明提供的一种音频处理方法第三实施例的流程图。

在本实施例中，步骤S601-S605与本发明提供的一种音频处理方法第一实施例中的步骤S401-S405相同，在此不再重复进行介绍

在本实施例中，在所述确定输出的超声波音频信号之后，还包括：

S606: 对所述超声波音频信号进行功率放大。由于解调后输出的信号为较弱的信号，因此需要对超声波音频信号进行放大，以满足后续的超声波发送设备对信号的要求。

另外，在本实施例中在所述对所述超声波音频信号进行频率放大之后，还包括：

S607：发射超声波音频。

此处，可以使用超声波发射器阵列（换能装置）作为发射装置，将电能转换为声波机械能。将低频的信号转换为低频的超声波信号，高频的信号转换为高频的超声波信号，从而完成超声波音频的发射。

在本实施例中，在所述确定输出的超声波音频信号之后，还包括：对所述超声波音频信号进行功率放大，并发射超声波音频。从而将计算得到超声波信号转换成可以在空气中传播的声音机械信号，最终实现向某一方向或位置的定向声音传播。

在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种音频处理系统，其特征在于，包括：动态范围压缩模块、第一处理模块、动态负载控制模块和解调模块；

所述动态范围压缩模块，用于将接收到的音频信号进行压缩，输出第一压缩音频信号；

所述第一处理模块，用于对所述第一压缩音频信号进行音频处理；

所述动态负载控制模块，用于检测所述第一压缩音频信号的频率，根据检测结果确定超声波的目标输出频率；

所述解调模块，用于根据所述第一处理模块的处理结果和所述超声波的目标输出频率确定输出的超声波音频信号；

所述动态负载控制模块，包括：动态负载检测子模块、负载子模块和增益计算子模块；

所述动态负载检测子模块，用于检测所述第一压缩音频信号的信号强弱系数，所述信号强弱系数的计算公式为：信号频率/4900HZ；

所述负载子模块，用于提供超声波的基准输出频率；

所述增益计算子模块，用于根据所述信号强弱系数和所述基准输出频率，确定超声波的目标输出频率。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一处理模块，包括：滤波子模块；

所述滤波子模块，用于对所述第一压缩音频信号进行滤波处理。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：功放模块；

所述功放模块，用于对所述超声波音频信号进行放大。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括：传感器、声波发射器；

所述传感器，用于检测在某一方向或某一位置是否有用户存在；

所述声波发射器，用于根据所述功放模块输出的信号和所述传感器输出的信号，发射超声波音频。

5.一种音频处理方法，其特征在于，包括：

将接收到的音频信号进行压缩得到第一压缩音频信号；

对所述第一压缩音频信号进行音频处理；

检测所述第一压缩音频信号的频率，根据检测结果确定超声波的目标输出频率；

根据所述音频处理的结果和所述超声波的目标输出频率确定输出的超声波音频信号；

所述检测所述第一压缩音频信号的频率，根据检测结果确定超声波的目标输出频率，具体为：

检测所述第一压缩音频信号的信号强弱系数，所述信号强弱系数计算公式为：信号频率/4900HZ；

根据所述信号强弱系统和超声波基准输出频率，确定超声波的目标输出频率。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对所述第一压缩音频信号进行音频处理，具体为：

对所述第一压缩音频信号进行滤波处理。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述确定输出的超声波音频信号之后，还包括：

对所述超声波音频信号进行频率放大。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述对所述超声波音频信号进行频率放大之后，还包括：

检测在某一方向或某一位置是否有用户存在；

如果有用户存在，则向该方向或位置发射超声波音频，否则不向该方向或位置发射超声波音频。