CN109218919B - 基于安卓系统音频框架的喇叭振幅保护模块 - Google Patents
基于安卓系统音频框架的喇叭振幅保护模块 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种基于安卓系统音频框架的喇叭振幅保护模块，包括：输入数据流模块，输入安卓音频框架原始的音频数据流；增益控制模块，用于增加喇叭的整体响度；数据压缩器，用于控制喇叭振幅；添加标志码模块，在音频数据流的开头增加识别标志码，用于通知芯片端当前的喇叭振幅保护状态；输出数据流模块，输出处理后的数据流；还包括配置在芯片内部的振幅处理模块和标识码处理模块，用于判断安卓系统音频框架中的保护部分是否使能，并以此来控制音频信号输出。本发明将音效层保护部分集成在安卓系统的音频框架中，并结合芯片端保护部分逻辑实现对喇叭振幅的保护功能。
Description
技术领域
本发明涉及智能功放芯片喇叭振幅保护模块技术领域，具体地，涉及一种基于安卓系统音频框架中的喇叭振幅保护模块，该模块通过音效层结合芯片内部逻辑实现的喇叭振幅保护。
背景技术
喇叭通过磁铁，线圈和振膜将电信号转换为声音信号。当加载在喇叭上的信号超过喇叭本身限值，会对喇叭造成损坏。
传统喇叭振幅保护模块集成在智能功放芯片内置的数字处理模块中或者集成在中央处理器内置的数字处理模块中。
由于安卓软件系统的音频框架本身的限制，将传统喇叭振幅保护模块集成在安卓软件系统的音频框架中不能保证对所有音频数据都进行处理。
如图1中所示，安卓系统音频框架中的传统喇叭振幅保护模块，可以处理混音器(Mixer)通路中的音频数据，但是不能处理低延时音频数据流(Low latency)和高通平台上的直通模式(Offload)数据流。
综上所述，传统喇叭振幅保护模块集成在智能功放芯片内置的数字处理模块中或者集成在中央处理器内置的数字处理模块中，通常存在如下问题：
1)智能功放内置数字处理模块会增加芯片面积，增加芯片成本。
2)集成在中央处理器内置的数字处理模块中的保护算法需要核心处理器的支持，而且集成复杂度比较高，调试过程需要得到处理器原厂的技术支持，相当复杂。
如果将传统喇叭振幅保护模块集成在安卓软件系统的音频框架中，则存在如下问题：
集成在音频框架层的喇叭振幅保护模块，只能进行有限的喇叭振幅保护，对于不能保护的应用场合，没有进一步措施，因此不能对安卓系统播放的所有音频数据都进行处理。对于音频框架端未经喇叭振幅保护模块处理的数据，现有实现并不能及时通知芯片端，使芯片端有进一步的防护措施。
因此，如何提供一种适用于安卓系统音频环境的喇叭振幅保护技术，成为本领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种基于安卓系统音频框架中的喇叭振幅保护模块结合芯片内部逻辑实现的喇叭振幅保护技术，将喇叭振幅保护模块集成在安卓系统音频框架中，并结合芯片端逻辑实现对喇叭振幅的完全保护功能。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种基于安卓系统音频框架中的喇叭振幅保护模块，包括集成在安卓音频框架音效链最后一级的音效层保护部分和配置在芯片内部的芯片端保护部分；其中：
所述音效层保护部分包括：
-输入数据流模块，输入安卓音频框架原始的音频数据流，并输出至增益控制模块；
-增益控制模块，提高输入的音频数据流的输出增益以增加喇叭的整体响度，，并输出音频数据流至数据压缩器；
-数据压缩器用以实现喇叭的振幅控制，包括分频器、低频段压缩器、中频段压缩器、高频段压缩器和混音器；其中，所述分频器接收输入的音频数据流并分别输出低频数据、中频数据和高频数据，所述低频数据、中频数据和高频数据分别通过对应的低频段压缩器、中频段压缩器、高频段压缩器后输入至混音器后输出音频数据流至添加标志码模块；
-添加标志码模块，在输入的音频数据流的开头增加识别标志码后输出音频数据流至输出数据流模块；其中，所述识别标识码用以通知芯片端保护部分当前的喇叭振幅保护状态；
-输出数据流模块，输出增加了识别标志码的音频数据流；
所述芯片端保护部分包括：标识码处理模块和振幅处理模块，所述标识码处理模块根据输入的音频数据流中是否含有正确的识别标识码判断音效层保护部分是否使能，并以此来控制振幅处理模块的使能。
优选地，所述增益控制模块对输入的音频数据流整体乘以特定的增益系数。
优选地，所述特定的增益系数为：大于1小于100的浮点数。
优选地，所述识别标识码由特定长度的脉冲编码调制编码串组成。
优选地，所述特定长度为小于等于10毫秒音频数据的长度。
优选地，所述识别标识码由0x0000-0xFFFF之间的任意数据组合而成，且识别标识码的模式不同于常见的音频数据流码流模式。
优选地，所述常见的音频数据流码流的模式包括：正弦波音频信号模式和音乐信号模式。
优选地，所述芯片端保护部分的工作过程，包括如下步骤：
芯片上电设置时，标识码处理模块在音频数据接口接收到的初始音频数据流中判断识别标识码：
-当标识码处理模块判断出正确的识别标志码，则从音频数据流中丢弃掉识别标志码部分内容；此时，识别码处理模块控制振幅处理模块处于不使能状态；
-当标识码处理模块未判断出正确的识别标志码，则当前音频数据流未被音效层保护部分处理过，此时，识别码处理模块控制振幅处理模块处于使能状态；
所述振幅处理模块在使能状态下限制音频数据流输出的幅度。
优选地，所述振幅处理模块限制音频数据流输出幅度的方法为：当检测到信号幅度超过限定的幅度时，在50微秒以内将信号幅度降低到限定幅度以下。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明提供的基于安卓系统音频框架的喇叭振幅保护模块，实现在软件音频框架层，减小硬件数字信号处理模块开销，降低芯片成本。
2、本发明无需平台端处理器开放数字信号处理接口，实现方式灵活，算法修改调试方便。
3、本发明实现音频框架端(音效层)和芯片端通过自定义的协议进行通信，对于音频框架端未经算法处理的数据，芯片端可以进一步进行最基本的振幅保护。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为安卓软件系统的音频框架中的传统喇叭振幅保护模块工作流程示意图；
图2为本发明提供的基于安卓系统音频框架的喇叭振幅保护模块结构示意图；
图3为添加标志码模块增加识别标志码的过程示意图；
图4为本发明提供的芯片端保护部分的工作流程图；
图5为本发明提供的数据压缩器实现喇叭振幅控制的工作流程示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
实施例
本实施例提供了一种基于安卓系统音频框架的喇叭振幅保护模块，该喇叭振幅保护模块基于音效层保护结构结合芯片内部逻辑实现的喇叭振幅保护，是一种将喇叭振幅保护模块集成在安卓系统的音频框架中，并结合芯片端逻辑实现振幅保护功能的完整解决方案。
如图2所示，本实施例包括：配置(集成)在安卓音频框架音效链的最后一级的音效层保护部分和配置在芯片内部的芯片端保护部分，其中：
音效层保护部分的模块组成部件，包括：
-输入数据流模块，输入安卓音频框架原始的音频数据流；
-增益控制模块，增加喇叭的整体响度；
-数据压缩器，如图5中所示，实现喇叭的振幅控制；包括分频器、低频段压缩器模块、中频段压缩器模块、高频段压缩器模块、混音模块；针对特定频率的音频信号进行增益控制，以保证振幅在喇叭可以承受范围以内。
-添加标志码模块，在处理过的音频数据流的开头增加识别标志码，以通知芯片端保护部分当前的喇叭振幅保护状态；
-输出数据流模块，输出处理后并增加了标志码的数据流。
芯片端保护部分包括：标识码处理模块和振幅处理模块，所述标识码处理模块根据输入的音频数据流中是否含有正确的识别标识码判断音效层保护部分是否使能，并以此来控制振幅处理模块的使能。
优选地，如图5中所示，所述数据压缩器实现喇叭振幅控制的方法为：
通过滤波器组合成的分频器，将音频数据流成分中的低频、中频和高频内容分离；分别通过对应的压缩器进行信号增益控制；最后通过混音器将处理后的3个频段数据混音。
优选地，所述增益控制模块增加喇叭整体响度的方法为：对音频数据流整体乘以特定的增益系数。
优选地，所述标识码由特定长度的PCM16编码串组成。
优选地，所述特定长度为小于等于10毫秒音频数据的长度，典型格式为64位编码。
优选地，所述标识码由0x0000-0xFFFF之间的任意数据组合。
优选地，所述标识码不能为常见的音频信号(音频数据流码流)模式。
优选地，所述常见的音频信号模式包括：正弦波音频信号模式和音乐信号模式。
所述芯片端保护部分，其工作过程，是一种芯片端标志码验证和处理的过程，如图4所示，包括如下步骤：
音乐开始播放前，系统会通过芯片管脚电平变化设置芯片为上电状态。芯片上电后，芯片端保护部分的标识码处理模块启动标识码判断流程，在初始的音频片段中判断识别标识码是否准确，判断完成后进入正常播放流程。
当标识码处理模块判断出正确的标志码，则从音频数据接口(通常为I2S接口)中丢弃掉识别标志码部分内容，以免该数据被播放出去出现可听到的声音。此时，芯片端保护部分的振幅处理模块处于不使能状态。
当标识码处理模块未判断出正确的标志码，则当前数据通路中的音频数据流未被音效层保护部分处理过，为了进一步保护喇叭，此时标识码处理模块控制使能芯片端保护部分的振幅处理模块。
优选地，振幅处理模块，可以对音频数据流实现最基本的信号限幅控制功能。
如图3所示，添加标志码模块添加识别标志码的方法为：
在接收到的音频数据流开头添加特定的用于标识的标志码。
标志码可以由特定长度的PCM16编码串组成。考虑到添加标识码对音频延迟有一定影响，标识码长度不能超过10毫秒音频数据的长度(对于采样率为48K的音频数据流，标志码长度应该不大于480个采样点)，通常可以取64位。标识码可以由0x0000-0xFFFF之间的任意数据组合。为了和实际音频信号区分开，不能为常见的音频信号模式(如正弦波信号)。
本实施例提供了一种基于安卓系统音频框架中的喇叭振幅保护模块，结合芯片内部逻辑实现的喇叭振幅保护，安卓系统音频框架中的保护部分配置在安卓音频框架音效链的最后一级，芯片内部逻辑是实现在芯片内部的振幅保护。本实施例将喇叭振幅保护模块的音效层保护部分集成在安卓系统的音频框架中，并结合芯片端逻辑实现对喇叭振幅的保护功能。本实施例提供的基于安卓系统音频框架的喇叭振幅保护模块，在安卓音频框架层实现了振幅保护模块，并在芯片端通过配置在芯片内部的振幅处理模块和标识码处理模块实现了完整的喇叭振幅保护功能。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (9)
1.一种基于安卓系统音频框架的喇叭振幅保护模块，其特征在于，包括集成在安卓音频框架音效链最后一级的音效层保护部分和配置在芯片内部的芯片端保护部分；其中：
所述音效层保护部分包括：
-输入数据流模块，输入安卓音频框架原始的音频数据流，并输出至增益控制模块；
-增益控制模块，提高输入的音频数据流的输出增益以增加喇叭的整体响度，并输出音频数据流至数据压缩器；
-数据压缩器用以实现喇叭的振幅控制，包括分频器、低频段压缩器、中频段压缩器、高频段压缩器和混音器；其中，所述分频器接收输入的音频数据流并分别输出低频数据、中频数据和高频数据，所述低频数据、中频数据和高频数据分别通过对应的低频段压缩器、中频段压缩器、高频段压缩器后输入至混音器后输出音频数据流至添加标志码模块；
-添加标志码模块，在输入的音频数据流的开头增加识别标志码后输出音频数据流至输出数据流模块；其中，所述识别标志码用以通知芯片端保护部分当前的喇叭振幅保护状态；
-输出数据流模块，输出增加了识别标志码的音频数据流；
所述芯片端保护部分包括：标识码处理模块和振幅处理模块，所述标识码处理模块根据输入的音频数据流中是否含有正确的识别标识码判断音效层保护部分是否使能，并以此来控制振幅处理模块的使能。
2.根据权利要求1所述的基于安卓系统音频框架的喇叭振幅保护模块，其特征在于，所述增益控制模块对输入的音频数据流整体乘以特定的增益系数。
3.根据权利要求2所述的基于安卓系统音频框架的喇叭振幅保护模块，其特征在于，所述特定的增益系数为：大于1小于100的浮点数。
4.根据权利要求1所述的基于安卓系统音频框架的喇叭振幅保护模块，其特征在于，所述识别标识码由特定长度的脉冲编码调制编码串组成。
5.根据权利要求4所述的基于安卓系统音频框架的喇叭振幅保护模块，其特征在于，所述特定长度为小于等于10毫秒音频数据的长度。
6.根据权利要求1所述的基于安卓系统音频框架的喇叭振幅保护模块，其特征在于，所述识别标识码由0x0000-0xFFFF之间的任意数据组合而成，且识别标识码的模式不同于常见的音频数据流码流模式。
7.根据权利要求6所述的基于安卓系统音频框架的喇叭振幅保护模块，其特征在于，所述常见的音频数据流码流的模式包括：正弦波音频信号模式和音乐信号模式。
8.根据权利要求1所述的基于安卓系统音频框架的喇叭振幅保护模块，其特征在于，所述芯片端保护部分的工作过程，包括如下步骤：
芯片上电设置时，标识码处理模块在音频数据接口接收到的初始音频数据流中判断识别标识码：
-当标识码处理模块判断出正确的识别标志码，则从音频数据流中丢弃掉识别标志码部分内容；此时，识别码处理模块控制振幅处理模块处于不使能状态；
-当标识码处理模块未判断出正确的识别标志码，则当前音频数据流未被音效层保护部分处理过，此时，识别码处理模块控制振幅处理模块处于使能状态；
所述振幅处理模块在使能状态下限制音频数据流输出的幅度。
9.根据权利要求8所述的基于安卓系统音频框架的喇叭振幅保护模块，其特征在于，所述振幅处理模块限制音频数据流输出幅度的方法为：当检测到信号幅度超过限定的幅度时，在50微秒以内将信号幅度降低到限定幅度以下。
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