CN107889025A - 音频信号转换装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种音频信号转换装置及方法，涉及信号处理技术领域。装置包括：音频采集处理模块，与音频采集处理模块连接的放大输出模块，放大输出模块的输出端用于与用户的皮肤接触。音频采集处理模块，用于判断是否有一预设音频信号与所采集的音频信号匹配，在为是时，生成与音频信号具有对应关系的特征波形信号至放大输出模块。放大输出模块，用于将特征波形信号的电流值放大，获得放大后的特征波形信号，将放大后的特征波形信号通过输出端输出。放大后的特征波形信号会在用户皮肤的接触处产生对应特征波形信号波形的触电感，进而音频采集处理模块使得用户可通过触感来实现对音频的感知，使得用户对社会形态形成更好的感知体验。

Description

音频信号转换装置及方法

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，具体而言，涉及一种音频信号转换装置及方法。

背景技术

聋哑人由于他们自己无法听到声音和说出声音，故聋哑人难以通过说和听来感知社会形态。

目前，众多聋哑人均通过手语来实现与其他聋哑人或正常人进行交流，从而通过手语来使的众多聋哑人能够形成对社会形态的感知。但仅通过手语无疑使得聋哑人的感知方式单一，使得众多聋哑人不能从多方式感知的角度来实现对社会形态形成更好的感知体验。

因此，如何使得聋哑人对社会形态形成更好的感知体验是目前业界一大难题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种音频信号转换装置及方法，以改善上述缺陷。

本发明的实施例是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供一种音频信号转换装置，所述音频信号转换装置包括：音频采集处理模块，与所述音频采集处理模块连接的放大输出模块，所述放大输出模块的输出端用于与用户的皮肤接触。所述音频采集处理模块，用于判断是否有一预设音频信号与所采集的音频信号匹配，在为是时，生成与所述音频信号具有对应关系的特征波形信号至所述放大输出模块。所述放大输出模块，用于将所述特征波形信号的电流值放大，获得放大后的特征波形信号，将所述放大后的特征波形信号通过所述输出端输出。

进一步的，所述音频采集处理模块包括：音频采集单元、与所述音频采集单元和所述放大输出模块均连接的信号处理单元。所述音频采集单元，用于采集所述音频信号，将所述音频信号传输至所述信号处理单元。所述信号处理单元，用于将获得的所述音频信号转换为对应的音频特征序列，判断是否有一所述预设音频信号的预设音频特征序列与所述音频特征序列匹配，在为是时，生成与所述音频信号具有对应关系的所述特征波形信号至所述放大输出模块。

进一步的，所述放大输出模块包括：与所述信号处理单元连接的第一级放大单元、与所述第一级放大单元连接的第二级放大单元，所述第二级放大单元的输出端作为所述放大输出模块的所述输出端用于与所述用户的皮肤接触。所述第一级放大单元，用于将获得的所述特征波形信号的电流值放大，获得放大后的第一级放大特征波形信号，并将所述第一级放大特征波形信号传输至所述第二级放大单元。所述二级放大单元，用于将获得的所述第一级放大特征波形信号的电流值放大，获得所述放大后的特征波形信号，并将所述放大后的特征波形信号通过所述输出端输出。

进一步的，所述第二级放大单元包括：第一三级管、第二三极管、第三三极管和第四三极管。所述第一三级管的基极和所述第二三极管的发射极均用于与外部电源连接，所述第一三级管的集电极与所述第二三极管的基极连接。所述第三三极管的基极和所述第四三极管的发射极均用于与所述外部电源连接，所述第三三极管的集电极和所述第四三极管的基极连接，所述第一三级管的基极和所述第三三极管的基极均与所述第一级放大单元连接，所述第二三极管的集电极和所述第四三极管的集电极均作为所述第二级放大单元的所述输出端。

进一步的，所述放大后的特征波形信号的电流阈值为10mA至30mA。

进一步的，所述放大输出模块还包括：接触贴片，所述接触贴片与所述放大输出模块的所述输出端连接，所述接触贴片用于贴合在所述用户的皮肤处。

进一步的，所述接触贴片由导电材料制成的柔性片状结构。

进一步的，所述放大后的特征波形信号包括：正余弦波信号、方波信号、三角波信号和锯齿波信号。

第二方面，本发明实施例提供一种音频信号转换方法，应用于音频信号转换装置的音频采集处理模块，所述音频信号转换装置还包括：与所述音频采集处理模块连接的放大输出模块。所述方法包括：判断是否有一预设音频信号与所采集的音频信号匹配；在为是时，生成与所述音频信号具有对应关系的特征波形信号至所述放大输出模块。

进一步的，所述判断是否有一预设音频信号与所采集的音频信号匹配，包括：将获得的所述音频信号转换为对应的音频特征序列；判断是否有一所述预设音频信号的预设音频特征序列与所述音频特征序列匹配。

本发明实施例的有益效果是：

通过音频采集处理模块判断是否有一预设音频信号与所采集的音频信号匹配。从而在判断为匹配时，则生成与音频信号具有对应关系的特征波形信号至放大输出模块。进一步的，放大输出模块则将特征波形信号的电流值放大，将放大后的特征波形信号通过输出端输出。而由于输出端用户的皮肤接触，且该用户又为聋哑人。故放大后的特征波形信号会在用户皮肤的接触处产生对应特征波形信号波形的触电感，进而音频采集处理模块使得用户可通过触感来实现对音频的感知。在除了手语外，音频采集处理模块为用户提供了一种对社会形态的新感知方式，使得用户对社会形态形成更好的感知体验。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，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。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1示出了本发明第一实施例提供的一种音频信号转换装置的第一结构框图；

图2示出了本发明第一实施例提供的一种音频信号转换装置的第二结构框图；

图3示出了本发明第一实施例提供的一种音频信号转换装置中放大输出模块的电路原理图；

图4示出了本发明第一实施例提供的一种音频信号转换装置的结构示意图；

图5示出了本发明第二实施例提供的一种音频信号转换方法的第一流程图；

图6示出了本发明第二实施例提供的一种音频信号转换方法的第二流程图。

图标：100-音频信号转换装置；110-音频采集处理模块；111-音频采集单元；112-信号处理单元；120-放大输出模块；121-第一级放大单元；122-第二级放大单元；123-接触贴片。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“耦合”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一实施例

请参阅图1，本发明第一实施例提供了一种音频信号转换装置100，该音频信号转换装置100包括：音频采集处理模块110和放大输出模块120。其中，音频采集处理模块110和放大输出模块120连接，而放大输出模块120的输出端可以用于与用户的皮肤接触，该用户也可以为聋哑人。

音频采集处理模块110用于采集音频信号，并判断是否有一预设音频信号与所采集的音频信号匹配。在判断为是时，生成与音频信号具有对应关系的特征波形信号至放大输出模块120。

放大输出模块120用于将特征波形信号的电流值放大，获得放大后的特征波形信号，将放大后的特征波形信号通过输出端输出，从而使得用户的皮肤与输出端接触处产生对应特征波形信号波形的触电感，进而使得用户可通过触感来实现对音频的感知。

请参阅图2，音频采集处理模块110为各电路功能性模块的集成，即该音频采集处理模块110包括：音频采集单元111和信号处理单元112。其中，该信号处理单元112与音频采集单元111和放大输出模块120均连接。

音频采集单元111可以为具备音频信号采集能力的集成电路模块，例如，音频采集单元111可以为麦克风，其型号可为：ADMP421BCEZ-RL型。音频采集单元111用于采集所述音频信号，将音频信号传输至所述信号处理单元112。具体的，音频采集单元111可以将外部的音频转为具备对应音压的音频信号，并通过输出端与信号处理单元112的连接，而将该音频信号输出至信号处理单元112。

信号处理单元112可以为具备对信号的转换处理能力的集成电路模块，例如，信号处理单元112可以为由模数转换器、单片机和数模转换器组成；模数转换器可以为AD0809型，数模转换器可以为DAC8408型，单片机可以为STM32系列。具体的，模数转换器的IN引脚可作为信号处理单元112的输入端与音频采集单元111连接，单片机的I/O端口分别与模数转换器的的OUT引脚和数模转换器的IN引脚连接，而数模转换器的OUT引脚则作为信号处理单元112的输出端与放大输出模块120连接。

进一步的，信号处理单元112基于上述结构，信号处理单元112在获得音频采集单元111输出的音频信号后，信号处理单元112将该模拟信号的音频信号转换为数字信号，即转换为该音频信号音频特征序列。例如，该音频特征序列可以为：010011110110111001。本实施例中，信号处理单元112中预先存储了各预设音频信号的预设音频特征序列。各预设音频信号可以为常用的音频词汇，例如：爸爸、妈妈、我累了、我饿了、我想吃饭、我喜欢你等。且存储的每个预设音频特征序列与一预设音频信号对应，例如，预设音频特征序列为01110011101对应的预设音频信号为“爸爸”。

由此可见，信号处理单元112可将获得的音频特征序列与各预设音频特征序列进行匹配，以判断是否有一预设音频信号的预设音频特征序列与音频特征序列匹配。可以理解到，一段特定的预设音频信号所对应的一段预设音频特征序列中的“0”的数量和“1”的数量应当是固定，当某段音频信号与该预设音频信号发音相近或相同时，该某段音频信号所对应的音频特征序列中的“0”的数量也应当与该预设音频特征序列中的“0”的数量接近，且该某段音频信号所对应的音频特征序列中的“1”的数量也应当与该预设音频特征序列中的“1”的数量接近。也就是说，信号处理单元112可判断是否有一预设音频特征序列中“0”的数量与该音频特征序列中“0”的数量相差在预设数量范围内，且也可判断是否有一预设音频特征序列中“1”的数量与该音频特征序列中“1”的数量相差在预设数量范围内。

当判断为否，即当判断为“0”的数量相差的和“1”的数量相差有任意一个不在预设数量范围内时，则信号处理单元112判定该没有任何一个预设音频信号的预设音频特征序列与该音频特征序列匹配。例如，各预设音频信号中没有为“你很傻”，且采集的音频信号为用户A说“你很傻”。进而信号处理单元112则不再执行后续处理流程，而继续执行判断。

当判断为是，即判断为“0”的数量相差的和“1”的数量相差均在预设数量范围内时，则信号处理单元112判定该有一预设音频信号的预设音频特征序列与该音频特征序列匹配。例如，预设音频信号为“我喜欢你”，且采集的音频信号为用户A说“我喜欢你”。

本实施例中，信号处理单元112中预先建立了每个预设音频信号与一特征波形信号的对应关系，且特征波形信号可以为：正余弦波信号、方波信号、三角波信号、锯齿波信号、以及正余弦波信号、方波信号、三角波信号、锯齿波信号中至少两个组合。故当判断为是时，根据该音频信号与预设音频信号匹配，以及根据匹配预设音频信号与一特征波形信号的对应关系，则信号处理单元112可获得该音频信号与一对应的特征波形信号的对应关系，进而根据对应关系来生成与该音频信号对应的特征波形信号。进一步的，则将该特征波形信号由数字信号转换为模拟信号后输出至连接的放大输出模块120。例如，预设音频信号为“我饿了”，采集到的音频信号也为“我饿了”，进而生成的对应特征波形信号则可以为：一个周期的方波+一个周期的三角波+一个周期的锯齿波。

请参阅图2、图3和图4，放大输出模块120为各电路功能性模块的集成，即该放大输出模块120包括：第一级放大单元121、第二级放大单元122和接触贴片123。其中，第一级放大单元121分别与信号处理单元112和第二级放大单元122连接。

第一级放大单元121为集成电路，其可以用于将获得的特征波形信号的电流值放大，获得放大后的第一级放大特征波形信号，并将第一级放大特征波形信号传输至第二级放大单元122。

具体的，在本实施例的第一级放大单元121中：

第一电阻R1的一端连接与信号处理单元112连接的连接端口A1，以及连接第一电容C1的一端，第一电阻R1的另一端分别与第一放大器U1的正向输入端和第二电阻R2的一端连接，而第二电阻R2的另一端和第一电容C1的另一端均接地。其中，第一放大器U1的型号可以为IC741型。第一放大器U1的反向输入端接地，且第一放大器U1的正向电源端连接32V的外部电源，而第一放大器U1的反向电源端连接-32V的外部电源。第一放大器U1的输出端连接第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端作为第一级放大单元121的输出端与二级放大单元的输入端连接。

通过第一级放大单元121上述连接关系，则第一级放大单元121中的第一放大器U1将获得的特征波形信号的电流值放大，并将放大所获得第一级放大特征波形信号传输至第二级放大单元122。

第而级放大单元也为集成电路，其用于将获得的第一级放大特征波形信号的电流值放大，获得放大后的特征波形信号，并将放大后的特征波形信号通过输出端输出。

具体的，在本实施例的第二级放大单元122中：

第一三级管Q1的基极和第二三极管Q2的发射极均用于与32V的外部电源连接。第三电阻R3的一端连接第一三级管Q1的集电极，第三电阻R3的另一端连接第二三极管Q2的基极。第三三级管Q3的基极和第四三极管Q4的发射极均用于与-32V的外部电源连接。第四电阻R4的一端连接第三三极管Q3的集电极，第四电阻R4的另一端连接第四三极管Q4的基极。第一三级管Q1的基极和第三三极管Q2基极均与第一级放大单元121的输出端连接。第五电阻R5的一端与第二三极管Q2的集电极连接，而第五电阻R5的另一端则与第一三极管Q1的发射极连接并接地。第六电阻R6的一端与第四三极管Q4的集电极连接，而第六电阻R6的另一端则与第三三极管Q3的发射极连接并接地。第二三极管Q2的集电极和第四三极管Q4的集电极均作为第二级放大单元122的输出端，输出端设有连接接触贴片123的连接端子B1。

通过第二级放大单元122上述连接关系，第一三级管Q1和第二三极管Q2构成的放大组合能够将获得第一级放大特征波形信号进行放大。而第三三级管Q3和第四三极管Q4构成的放大组合也能够将获得第一级放大特征波形信号进行放大，第一三级管Q1和第二三极管Q2，以及第三三级管Q3和第四三极管Q4将放大后的信号汇合从获得并输出放大后的特征波形信号。

也如图3和图4所示，接触贴片123由导电材料制成的柔性片状结构。接触贴片123通过与输出端的连接端子B1，以及接触贴片123通过粘贴而与用户的皮肤接触。接触贴片123在获得该放大后的特征波形信号时，则将该放大后的特征波形信号输出至用户被接触的皮肤处，以使用户皮肤的接触处产生对应特征波形信号波形的触电感，进而音频采集处理模块110使得用户可通过触感来实现对音频的感知。

第二实施例

请参阅图5，本发明第二实施例提供了一种应用于音频信号转换装置的音频采集处理模块的音频信号转换方法。该音频信号转换方法包括：步骤S100和步骤S200。

步骤S100：判断是否有一预设音频信号与所采集的音频信号匹配。

步骤S200：在为是时，生成与所述音频信号具有对应关系的特征波形信号至所述放大输出模块。

请参阅图6，在本发明第二实施例提供的一种音频信号转换方法中。步骤S100的方法子流程包括：步骤S110和步骤S120。

步骤S110：将获得的所述音频信号转换为对应的音频特征序列。

步骤S120：将获得的所述音频信号转换为对应的音频特征序列。

需要说明的是，由于所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法的具体执行过程，可以参考前述系统、装置和单元的实施例中的对应过程，在此不再赘述。

综上所述，本发明实施例提供了一种音频信号转换装置及方法。其中，音频信号转换装置包括：音频采集处理模块，与音频采集处理模块连接的放大输出模块，放大输出模块的输出端用于与用户的皮肤接触。音频采集处理模块，用于判断是否有一预设音频信号与所采集的音频信号匹配，在为是时，生成与音频信号具有对应关系的特征波形信号至放大输出模块。放大输出模块，用于将特征波形信号的电流值放大，获得放大后的特征波形信号，将放大后的特征波形信号通过输出端输出。

通过音频采集处理模块判断是否有一预设音频信号与所采集的音频信号匹配。从而在判断为匹配时，则生成与音频信号具有对应关系的特征波形信号至放大输出模块。进一步的，放大输出模块则将特征波形信号的电流值放大，将放大后的特征波形信号通过输出端输出。而由于输出端用户的皮肤接触，且该用户又为聋哑人。故放大后的特征波形信号会在用户皮肤的接触处产生对应特征波形信号波形的触电感，进而音频采集处理模块使得用户可通过触感来实现对音频的感知。在除了手语外，音频采集处理模块为用户提供了一种对社会形态的新感知方式，使得用户对社会形态形成更好的感知体验。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种音频信号转换装置，其特征在于，所述音频信号转换装置包括：音频采集处理模块，与所述音频采集处理模块连接的放大输出模块，所述放大输出模块的输出端用于与用户的皮肤接触；

所述音频采集处理模块，用于判断是否有一预设音频信号与所采集的音频信号匹配，在为是时，生成与所述音频信号具有对应关系的特征波形信号至所述放大输出模块；

所述放大输出模块，用于将所述特征波形信号的电流值放大，获得放大后的特征波形信号，将所述放大后的特征波形信号通过所述输出端输出。

2.根据权利要求1所述的音频信号转换装置，其特征在于，所述音频采集处理模块包括：音频采集单元、与所述音频采集单元和所述放大输出模块均连接的信号处理单元；

所述音频采集单元，用于采集所述音频信号，将所述音频信号传输至所述信号处理单元；

所述信号处理单元，用于将获得的所述音频信号转换为对应的音频特征序列，判断是否有一所述预设音频信号的预设音频特征序列与所述音频特征序列匹配，在为是时，生成与所述音频信号具有对应关系的所述特征波形信号至所述放大输出模块。

3.根据权利要求2所述的音频信号转换装置，其特征在于，所述放大输出模块包括：与所述信号处理单元连接的第一级放大单元、与所述第一级放大单元连接的第二级放大单元，所述第二级放大单元的输出端作为所述放大输出模块的所述输出端用于与所述用户的皮肤接触；

所述第一级放大单元，用于将获得的所述特征波形信号的电流值放大，获得放大后的第一级放大特征波形信号，并将所述第一级放大特征波形信号传输至所述第二级放大单元；

所述二级放大单元，用于将获得的所述第一级放大特征波形信号的电流值放大，获得所述放大后的特征波形信号，并将所述放大后的特征波形信号通过所述输出端输出。

4.根据权利要求3所述的音频信号转换装置，其特征在于，所述第二级放大单元包括：第一三级管、第二三极管、第三三极管和第四三极管；所述第一三级管的基极和所述第二三极管的发射极均用于与外部电源连接，所述第一三级管的集电极与所述第二三极管的基极连接，所述第三三极管的基极和所述第四三极管的发射极均用于与所述外部电源连接，所述第三三极管的集电极和所述第四三极管的基极连接，所述第一三级管的基极和所述第三三极管的基极均与所述第一级放大单元连接，所述第二三极管的集电极和所述第四三极管的集电极均作为所述第二级放大单元的所述输出端。

5.根据权利要求3所述的音频信号转换装置，其特征在于，所述放大后的特征波形信号的电流阈值为10mA至30mA。

6.根据权利要求3所述的音频信号转换装置，其特征在于，所述放大输出模块还包括：接触贴片，所述接触贴片与所述放大输出模块的所述输出端连接，所述接触贴片用于贴合在所述用户的皮肤处。

7.根据权利要求6所述的音频信号转换装置，其特征在于，所述接触贴片由导电材料制成的柔性片状结构。

8.根据权利要求1所述的音频信号转换装置，其特征在于，所述放大后的特征波形信号包括：正余弦波信号、方波信号、三角波信号和锯齿波信号。

9.一种音频信号转换方法，其特征在于，应用于音频信号转换装置的音频采集处理模块，所述音频信号转换装置还包括：与所述音频采集处理模块连接的放大输出模块，所述方法包括：

判断是否有一预设音频信号与所采集的音频信号匹配；

在为是时，生成与所述音频信号具有对应关系的特征波形信号至所述放大输出模块。

10.根据权利要求9所述的音频信号转换方法，其特征在于，所述判断是否有一预设音频信号与所采集的音频信号匹配，包括：

将获得的所述音频信号转换为对应的音频特征序列；

判断是否有一所述预设音频信号的预设音频特征序列与所述音频特征序列匹配。