CN112309360A - 音频降噪系统、拍摄设备及音频设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种音频降噪系统、拍摄设备及音频设备。所述音频降噪系统包括两个拾音器、两个音频放大模块及一降噪模块，通过两个拾音器分别采集外部声音和底噪，并分别由对应的音频放大模块进行放大，再将底噪的反向信号与外部声音的信号中和，以此实现音频去噪，对于户外拍摄场景，本申请能够去除拾音器底噪、电磁干扰电流声及机器震动噪声等噪声，以利于户外摄像机的拍摄。

Description

音频降噪系统、拍摄设备及音频设备

技术领域

本申请涉及音频降噪技术领域，具体涉及一种音频降噪系统、以及具有该音频降噪系统的拍摄设备和音频设备。

背景技术

户外摄像机一般要求拾音距离达到5米及以上的距离，为实现更远距离的拾音，其中一个比较简单的办法就是增大摄像机内部的拾音器件的功率或者敏感度，这种方式虽然拾取的声音就变大，但底噪(即背景噪音)也随之增加，同时摄像机内部电磁干扰电流声等噪音也会变大，从而导致摄像机所拾取到的杂音比较大。另外，室外环境比较复杂，风吹、雨打等导致摄像机震动产生的声音，也会通过壳体传递给拾音器，这种噪声很大，也会干扰拾音器的正常拾音。

由此可见，在通过摄像机拍摄音视频时，如何去噪，例如去除拾音器底噪、电磁干扰电流声及机器震动噪声，是十分必要的。

发明内容

鉴于此，本申请提供一种音频降噪系统、拍摄设备及音频设备，以解决音视频拍摄时去噪的问题。

本申请提供的一种音频降噪系统，包括：

第一拾音器，用于采集外部声音并产生外部音频信号；

第一音频放大模块，与所述第一拾音器连接，用于对所述外部音频信号进行放大处理，并输出第一音频信号；

第二拾音器，用于采集壳体内的底噪并产生背景音频信号；

第二音频放大模块，与所述第二拾音器连接，用于对所述背景音频信号进行放大处理，并输出第二音频信号；

降噪模块，所述第一音频放大模块和第二音频放大模块分别与所述降噪模块连接，所述降噪模块用于将所述第二音频信号的反向信号与所述第一音频信号中和，并输出音频输出信号。

可选地，第一拾音器和第二拾音器相同，为硅麦或者咪头。

可选地，所述音频降噪系统应用于拍摄设备，第一拾音器和第二拾音器沿拍摄设备的对焦光轴，或者沿垂直于对焦光轴的轴线对称设置。

可选地，所述第一拾音器与壳体的开孔对齐，第一拾音器的拾音孔处设置有防水层，壳体罩设第二拾音器。

可选地，所述第一音频放大模块和第二音频放大模块相同，任一音频放大模块包括音频功放芯片、第一滤波器、第二滤波器和第一电阻，音频功放芯片的反相输入端INN连接所述第一滤波器，所述第一滤波器接收对应的音频信号并进行滤波；

音频功放芯片的同相输入端INP连接第二滤波器，第二滤波器接收驱动电压VDD并进行电源滤波；

音频功放芯片的电路电压端VCC接收驱动电压VDD；

音频功放芯片用于对滤波后的音频信号进行放大处理，音频功放芯片的输出端OUT用于输出放大后的音频信号；

音频功放芯片的接地端GND接地；

第一电阻连接于反相输入端INN和输出端OUT之间。

可选地，第一滤波器包括第一电容和第二电阻，第一电容的一端连接对应的拾音器以接收对应的音频信号，第二电阻连接于第一电容的另一端和反相输入端INN之间；第二滤波器包括并联的第三电阻和第四电阻，第三电阻连接于同相输入端INP和驱动电压VDD之间，第四电阻连接于同相输入端INP和大地之间。

可选地，任一音频放大模块还包括第二电容、第五电阻、第三电容和第四电容，第二电容的两端分别连接同相输入端INP和大地，第五电阻的一端连接驱动电压VDD，第五电阻的另一端连接电路电压端VCC、反相输入端INN以及第四电容的一端，第四电容的另一端接地，第三电容的两端分别连接音频功放芯片的输出端OUT和反相输入端INN。

可选地，降噪模块包括降噪芯片、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第五电容和第六电容，

降噪芯片的同相输入端INP通过第六电阻连接第一音频放大模块，以接收第一音频信号；

降噪芯片的反相输入端INN通过第七电阻连接第二音频放大模块，以接收第二音频信号；第八电阻的一端连接所述降噪芯片的同相输入端INP和所述第六电阻，所述第八电阻的另一端接地；

降噪芯片的电路电压端VCC通过第九电阻连接驱动电压VDD，第五电容的一端连接驱动电压VDD、另一端接地；

降噪芯片的接地端GND接地；

降噪芯片的输出端OUT通过第六电容输出音频输出信号，第十电阻连接于降噪芯片的输出端OUT和电路电压端VCC之间。

本申请提供的拍摄设备，包括上述任一项音频降噪系统。

本申请提供的音频设备，包括上述任一项音频降噪系统。

如上所述，本申请的音频降噪系统、拍摄设备及音频设备，通过两个拾音器分别采集外部声音和底噪，并由对应的音频放大模块进行放大，再将底噪的反向信号与外部声音的信号中和，以此实现音频去噪，对于户外拍摄场景，能够去除拾音器底噪、电磁干扰电流声及机器震动噪声等噪声，有利于户外摄像机的拍摄。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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。

图1是本申请一实施例的音频降噪系统的结构示意图；

图2是本申请的两个拾音器一实施例的排布示意图；

图3是本申请一实施例的音频放大模块的等效电路示意图；

图4是本申请一实施例的去噪模块的等效电路示意图；

图5是图1所示的音频降噪系统一实施例的等效电路示意图。

具体实施方式

在通过摄像机拍摄音视频的过程中，例如拾音器底噪、电磁干扰电流声以及机器震动噪声等背景噪声，会影响外界音频的正常录取。针对此，本申请实施例提供一种音频降噪方法，通过两个拾音器分别采集外部声音和底噪，并由对应的音频放大模块进行放大，再将底噪的反向信号与外部声音的信号中和，以此实现音频去噪。

下面结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述实施例仅是本申请的一部分实施例，而非全部。基于本申请中的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可以相互组合。

图1是本申请一实施例的音频降噪系统的结构示意图。请参阅图1，音频降噪系统包括第一拾音器11、第一音频放大模块12、第二拾音器21、第二音频放大模块22以及降噪模块30。

第一拾音器11用于采集外部声音并产生外部音频信号。

第一音频放大模块12与第一拾音器11连接，用于对外部音频信号进行放大处理，并输出放大后的音频信号，称为第一音频信号。

第二拾音器21用于采集壳体内的底噪并产生背景音频信号。在一应用场景中，例如户外拍摄场景，第二拾音器21采集的底噪，包括拾音器底噪、电磁干扰电流声及机器震动噪声等。

第二音频放大模块22与第二拾音器连接，用于对背景音频信号进行放大处理，并输出放大后的音频信号，称为第二音频信号。

降噪模块30与第一音频放大模块12和第二音频放大模块22连接，从这两个音频放大模块接收第一音频信号和第二音频信号，将第二音频信号的反向信号与第一音频信号中和，中和后输出的即为去噪后的音频输出信号，即以此实现音频去噪。

对于户外拍摄场景，音频降噪系统去除拾音器底噪、电磁干扰电流声及机器震动噪声等噪声，有利于提高户外拍摄时的音频质量。

下面以音频降噪系统适用于户外摄像机为例，予以描述。摄像机的壳体可以设置有一开孔，该开孔与第一拾音器11对齐，并暴露第一拾音器11的声音采集部分，以此能够有利于第一拾音器11采集真实无损的外部声音。而第二拾音器12并未通过开孔予以暴露，而是被罩设于摄像机的壳体内，于此，第二拾音器12在采集壳体内部底噪时尽量不受外部声音影响，有利于获取真实无损的底噪。

另外，第一拾音器11和第二拾音器12可以沿摄像机的对焦光轴O1对称设置，由此两个拾音器获取到的声音信号在位置、时间及频率等维度上一致，从而可以提高去噪时音频信号的一致性。当然，第一拾音器11和第二拾音器12可以沿与该对焦光轴O1垂直的轴线O2对称设置，也可以提高去噪时音频信号的一致性，保证去噪精度和效果。

进一步地，为了保证去噪时音频信号的一致性，所述第一拾音器11和第二拾音器21的参数相同，即两者可以为相同的拾音器。在一具体实现方式中，该拾音器可以为硅麦或者咪头。

以咪头为例，各个咪头的灵敏误差可控制在+/-1dB(分贝)之内，其中一个咪头用于获取底噪，另一个咪头用于获取外部声音，该外部声音是掺杂有底噪的声音信号，两个咪头分别将各自获取的声音信号转换为电信号，并传送给对应连接的音频放大模块。

而以硅麦为例，作为颗粒器件的两个硅麦可以直接贴装焊接于音频降噪系统的电路板上。这两个硅麦可以尽量靠近，以有利于提高去噪时音频信号的一致性，保证去噪精度和效果。

第一音频放大模块12和第二音频放大模块22的电路结构，本申请实施例并不予以限定，可根据实际场景而定。在一实现方式中，第一音频放大模块12和第二音频放大模块22可以具有相同的电路结构，下面以第一音频放大模块12为例进行描述。

请一并参阅图3和图5，第一音频放大模块12包括音频功放芯片121、第一滤波器122、第二滤波器和第一电阻R1。

第一滤波器122接收对应的音频信号(即外部音频信号)并进行滤波，例如滤除外部音频信号中低于截止频率的低频信号，滤波后的音频信号经由反相输入端INN传输给音频功放芯片121。

在一具体实现中，第一滤波器122包括第一电容C1和第二电阻R2，第一电容C1的一端连接第一拾音器11以接收外部音频信号，第二电阻R2连接于第一电容C1的另一端和音频功放芯片121的反相输入端INN之间。第一电容C1和第二电阻R2组成的第一滤波器122，其低频截止频率很低，能够滤除外部音频信号中的低频信号，从而使得传输给音频功放芯片121的外部音频信号更加丰富与真实。

音频功放芯片121的反相输入端INN连接第一滤波器122。音频功放芯片121的同相输入端INP连接第二滤波器。音频功放芯片121的电路电压端VCC连接电源线，以接收驱动电压VDD，又称麦克风电源电压MIC-VDD。音频功放芯片121的输出端OUT输出放大后的音频信号。音频功放芯片121的接地端GND接地。第一电阻R1连接于音频功放芯片121的反相输入端INN和输出端OUT之间，与音频功放芯片121、第一滤波器122和第二滤波器构成了传统的运算放大电路。

音频功放芯片121的型号，本申请实施例不予限制，例如为SGM721芯片。音频功放芯片121用于对滤波后的音频信号进行放大处理，放大后的音频信号经由音频功放芯片121的输出端OUT输出。例如，输出给图1所示的中央处理器(Central Processing Unit,CPU)40，中央处理器40可以将接收到的去噪后的音频信号(表现为电信号)传输给喇叭等扬声器，并通过扬声器转换为声音予以播放。再例如，去噪后的音频信号可以经由中央处理器40传输给其他设备，例如存储器等。又例如，音频功放芯片121的输出端OUT可以直接连接扬声器，去噪后的音频信号可以传输给扬声器，扬声器将其转换为声音并播放。

第二滤波器连接电源线以接收驱动电压VDD，并进行电源滤波，以抑制电磁噪声，避免其他电源对音频功放芯片121的干扰。

在一具体实现中，第二滤波器包括并联的第三电阻R3和第四电阻R4，第三电阻R3连接于音频功放芯片121的同相输入端INP和驱动电压VDD之间，第四电阻R4连接于音频功放芯片121的同相输入端INP和大地之间。利用第三电阻R3和第四电阻R4的阻抗来衰减电磁干扰，滤除预定频率的电磁信号，从而抑制电磁噪声对音频功放芯片121的同相输入端INP的电磁干扰。

在前述基础上，第一音频放大模块12还可以包括第二电容C2、第五电阻R5、第三电容C3和第四电容C4。

第二电容C2的两端分别连接音频功放芯片121的同相输入端INP和大地。第二电容C2与第三电阻R3和第四电阻R4均并联，可视为第二电容C2与其中任一个电阻形成一电源滤波器，不仅实现电源滤波，而且有利于提高音频功放芯片121抗电源冲击能力。

第五电阻R5的一端连接电源线以接收驱动电压VDD，第五电阻R5的另一端连接电路电压端VCC、音频功放芯片121的反相输入端INN以及第四电容C4一端，第四电容C4的另一端接地。第四电容C4与第五电阻R5并联，可视为两者形成一电源滤波器，不仅实现电源滤波，而且有利于提高音频功放芯片121抗电源冲击能力。

第三电容C3的两端分别连接音频功放芯片121的输出端OUT和反相输入端INN。第三电容C3与第一电阻R1并联，同理地，可视为第三电容C3与第一电阻R1形成了一滤波器，不仅用于滤波，而且其连接于音频功放芯片121的输出端OUT和输入端INN之间，能够有利于提高整个第一音频放大模块12电路的环路稳定性。

第二音频放大模块22与第一音频放大模块12的电路结构相同，请参阅图5，例如第二音频放大模块22包括音频功放芯片221、第一滤波器222、第二滤波器和第一电阻R1。这些电路结构元件的工作原理及过程看参阅前述第一音频放大模块12的，此处不再赘述。

在一具体实施方式中，请一并参阅图4和图5，降噪模块30可包括降噪芯片31、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第五电容C5和第六电容C6。

降噪芯片31的同相输入端INP通过第六电阻R6连接第一音频放大模块12，具体连接其音频功放芯片121的输出端OUT，以接收第一音频信号。降噪芯片30的反相输入端INN通过第七电阻R7连接第二音频放大模块22，具体连接其音频功放芯片221的输出端OUT，以接收第二音频信号。第八电阻R8的一端连接降噪芯片31的同相输入端INP和第六电阻R6，第八电阻R8的另一端接地，第六电阻R6和第八电阻R8并联，利用第六电阻R6和第八电阻R8的阻抗来衰减电磁干扰，滤除预定频率的电磁信号，从而抑制电磁噪声对降噪芯片31的同相输入端INP的电磁干扰。降噪芯片31的电路电压端VCC通过第九电阻R9连接电源线以接收驱动电压VDD，第五电容C5的一端连接电源线以接收驱动电压VDD、另一端接地。降噪芯片31的接地端GND接地。降噪芯片31的输出端OUT通过第六电容C6输出音频输出信号，第十电阻R10连接于降噪芯片31的输出端OUT和电路电压端VCC之间。

在降噪模块30的电路结构中，前述电阻和电容通过阻抗来衰减电磁干扰，抑制电磁噪声对各自连接的降噪芯片31的端口的影响，从而有利于提高去噪精度，保证音频输出信号的去噪质量。

另外，所述降噪芯片31的型号，本申请实施例不予限制，例如可以为SGM721芯片。鉴于SGM721芯片自身具有功放性能，因此，该降噪模块30也可以视为一种低噪声运算放大器，在实现前述去噪的同时，还可以对输入的第一音频信号和第二音频信号进行放大，确保输出后的去噪的音频输出信号为经过放大后的电信号。

基于上述音频功放系统，本申请实施例还提供一种拍摄设备，其包括前述任一实施例所述的音频功放系统，通过两个拾音器分别采集外部声音和底噪，并分别由对应的音频放大模块进行放大，再将底噪的反向信号与外部声音的信号中和，以此实现音频去噪，对于户外拍摄场景，本实施例的拍摄设备能够去除拾音器底噪、电磁干扰电流声及机器震动噪声等噪声，以利于拍摄设备的户外拍摄。

另外，本申请实施例还提供一种音频设备，包括前述任一实施例所述的音频功放系统，也能够实现包括户外录取音频在内的音频去噪。

由于上文已经对音频功放系统进行了详细描述，此处不再对拍摄设备和音频设备的音频去噪功能予以赘述。

尽管已经相对于一个或多个实现方式示出并描述了本发明，但本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本发明包括所有此修改和变型，并且由前述实施例的技术方案进行支撑。即，以上所述仅为本发明的部分实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本说明书及附图内容所作的等效结构变换，例如各实施例之间技术特征的结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

需要说明的是，本文中的术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素，此外，不同实施例中具有同样命名的部件、特征、要素可能具有相同含义，也可能具有不同含义，其具体含义需以其在该具体实施例中的解释或者进一步结合该具体实施例中上下文进行确定。

另外，尽管本文采用术语“第一、第二、第三”等描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本文范围的情况下，第一信息也可被称为第二信息，类似地，第二信息也可被称为第一信息，取决于语境。术语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。再者，本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

进一步地，虽然本文流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但并非必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤并没有严格按顺序执行，也可按其他顺序执行。而且，图中的至少一部分步骤可包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

Claims (10)

1.一种音频降噪系统，其特征在于，包括：

第一拾音器，用于采集外部声音并产生外部音频信号；

第一音频放大模块，与所述第一拾音器连接，用于对所述外部音频信号进行放大处理，并输出第一音频信号；

第二拾音器，用于采集壳体内的底噪并产生背景音频信号；

第二音频放大模块，与所述第二拾音器连接，用于对所述背景音频信号进行放大处理，并输出第二音频信号；

降噪模块，所述第一音频放大模块和第二音频放大模块分别与所述降噪模块连接，所述降噪模块用于将所述第二音频信号的反向信号与所述第一音频信号中和，并输出音频输出信号。

2.根据权利要求1所述的音频降噪系统，其特征在于，所述第一拾音器和第二拾音器相同，为硅麦或者咪头。

3.根据权利要求2所述的音频降噪系统，其特征在于，所述音频降噪系统应用于拍摄设备，所述第一拾音器和所述第二拾音器沿所述拍摄设备的对焦光轴，或者沿垂直于对焦光轴的轴线对称设置。

4.根据权利要求1所述的音频降噪系统，其特征在于，所述第一拾音器与所述壳体的开孔对齐，所述第一拾音器的拾音孔处设置有防水层，所述壳体罩设所述第二拾音器。

5.根据权利要求1所述的音频降噪系统，其特征在于，所述第一音频放大模块和第二音频放大模块相同，任一音频放大模块包括音频功放芯片、第一滤波器、第二滤波器和第一电阻，

所述音频功放芯片的反相输入端INN连接所述第一滤波器，所述第一滤波器接收对应的音频信号并进行滤波；

所述音频功放芯片的同相输入端INP连接所述第二滤波器，所述第二滤波器接收驱动电压VDD并进行电源滤波；

所述音频功放芯片的电路电压端VCC接收驱动电压VDD；

所述音频功放芯片用于对滤波后的音频信号进行放大处理，所述音频功放芯片的输出端OUT用于输出放大后的音频信号；

所述音频功放芯片的接地端GND接地；

所述第一电阻连接于所述反相输入端INN和输出端OUT之间。

6.根据权利要求5所述的音频降噪系统，其特征在于，

所述第一滤波器包括第一电容和第二电阻，所述第一电容的一端连接对应的拾音器以接收对应的音频信号，所述第二电阻连接于所述第一电容的另一端和反相输入端INN之间；

所述第二滤波器包括并联的第三电阻和第四电阻，所述第三电阻连接于所述同相输入端INP和驱动电压VDD之间，所述第四电阻连接于所述同相输入端INP和大地之间。

7.根据权利要求5所述的音频降噪系统，其特征在于，所述任一音频放大模块还包括第二电容、第五电阻、第三电容和第四电容，

所述第二电容的两端分别连接所述同相输入端INP和大地，所述第五电阻的一端连接驱动电压VDD，所述第五电阻的另一端连接电路电压端VCC、反相输入端INN以及第四电容的一端，所述第四电容的另一端接地，所述第三电容的两端分别连接所述音频功放芯片的输出端OUT和反相输入端INN。

8.根据权利要求1所述的音频降噪系统，其特征在于，所述降噪模块包括降噪芯片、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第五电容和第六电容，

所述降噪芯片的同相输入端INP通过所述第六电阻连接第一音频放大模块，以接收所述第一音频信号；

所述降噪芯片的反相输入端INN通过所述第七电阻连接第二音频放大模块，以接收所述第二音频信号；所述第八电阻的一端连接所述降噪芯片的同相输入端INP和所述第六电阻，所述第八电阻的另一端接地；

所述降噪芯片的电路电压端VCC通过所述第九电阻连接驱动电压VDD，所述第五电容的一端连接驱动电压VDD、另一端接地；

所述降噪芯片的接地端GND接地；

所述降噪芯片的输出端OUT通过第六电容输出音频输出信号，所述第十电阻连接于降噪芯片的输出端OUT和电路电压端VCC之间。

9.一种拍摄设备，其特征在于，所述拍摄设备包括权利要求1至8任一项所述的音频降噪系统。

10.一种音频设备，其特征在于，所述音频设备包括权利要求1至8任一项所述的音频降噪系统。

Images