CN113747309A - 音频处理方法、链路和设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种音频处理方法、链路和设备。音频处理方法，包括：数字音频处理单元对数字音频信号进行处理；数模转换单元将经处理的所述数字音频信号进行数模转换；以及所述数模转换单元进行音量调节操作以得到经音量调节的模拟音频信号。该方案不同于现有技术中直接使用数字增益调节音量，转而利用数模转换单元，尤其是其模拟增益调节功能进行至少部分音量调节，由此降低现有元件的底噪，提升音频播放质量。

Description

音频处理方法、链路和设备

技术领域

本公开涉及音频领域，尤其涉及一种音频处理方法、链路和设备。

背景技术

音频播放设备在进行音频播放时，例如在使用蓝牙音箱播放音乐时，会有伴有“沙沙”的底噪声。由于只要电流流过电子元件，就会产生噪声，因此底噪不可避免，只能尽量减小。

在智能音箱领域，随着音箱的普及和小型化，厂家倾向于使用更小且成本更低的元器件。由于部分元器件的底噪水平偏高，会导致用户在中小音量时，明显感受到底噪。极端情况下底噪声甚至大于播放的音乐声，严重影响用户体验。目前优化底噪的方案涉及更换底噪性能更好的元器件。但通常底噪越低，元器件的成本也就越高。

为此，需要一种在不额外推高成本的情况下改善音频播放底噪的方案。

发明内容

本公开要解决的一个技术问题是提供一种音频处理方法，该方法不同于现有技术中直接使用数字增益调节音量，转而利用数模转换单元，尤其是其模拟增益调节功能来降低现有元件的底噪，从而提升音频播放质量。

根据本公开的第一个方面，提供了一种音频处理方法，包括：数字音频处理单元对数字音频信号进行处理；数模转换单元将经处理的所述数字音频信号进行数模转换；以及所述数模转换单元进行音量调节操作以得到经音量调节的模拟音频信号。

根据本公开的第二个方面，提供了一种音频处理链路，包括数字音频处理单元和数模转换单元，所述数字音频处理单元用于：对数字音频信号进行处理；所述数模转换单元用于：将经处理的所述数字音频信号进行数模转换；其中，所述数模转换单元进行音量调节操作以得到经音量调节的模拟音频信号。

根据本公开的第三个方面，提供了一种音频处理方法，包括：获取数字音频信号和输出音量设置；判断所述输出音量设置位于预定区间；使用数字音频处理电路对获取的数字音频信号进行处理；使用数模转换单元将经处理的所述数字音频信号进行数模转换和音量调节操作以得到经音量调节的模拟音频信号；以及使用发声单元将所述经音量调节的模拟音频信号转换为声音信号。

根据本公开的第四个方面，提供了一种智能音箱，包括数字音频处理电路和数模转换单元，并且用于执行如本发明第三方面所述的方法。

根据本公开的第五个方面，提供了一种音频处理方法，包括：获取数字音频信号和输出音量设置；使用数字音频处理电路对获取的数字音频信号进行处理；使用数模转换单元将经处理的所述数字音频信号进行数模转换和音量调节操作以得到经音量调节的模拟音频信号；以及使用发声单元将所述经音量调节的模拟音频信号转换为声音信号。

根据本公开的第六个方面，提供了一种智能音频播放器，包括数字音频处理电路和数模转换单元，并且用于执行如本发明第五方面所述的方法。

根据本公开的第七个方面，提供了一种信号处理方法，包括：数字信号处理单元对数字信号进行处理；数模转换单元将经处理的所述数字信号进行数模转换；以及所述数模转换单元进行模拟信号幅度调节操作以得到经幅度调节的模拟信号。

根据本公开的第八个方面，提供了一种一种儿童故事机，包括：数字音频处理单元，用于对数字音频信号进行处理；数模转换单元，用于将经处理的所述数字音频信号进行数模转换；以及发声单元，用于将所述经音量调节的模拟音频信号转换为声音信号，其中，所述数模转换单元进行音量调节操作以得到经音量调节的模拟音频信号。

根据本公开的第九个方面，提供了一种发声玩具，包括：音量设置单元，用于设置输出音量设置；数字音频处理单元，用于对数字音频信号进行处理；数模转换单元，用于将经处理的所述数字音频信号进行数模转换和音量调节操作以得到经音量调节的模拟音频信号；以及发声单元，用于将所述经音量调节的模拟音频信号转换为声音信号。

根据本公开的第十个方面，提供了一种计算设备，包括：处理器；以及存储器，其上存储有可执行代码，当可执行代码被处理器执行时，使处理器执行如上述第一、三、五或七方面所述的方法。

根据本公开的第十一个方面，提供了一种非暂时性机器可读存储介质，其上存储有可执行代码，当可执行代码被电子设备的处理器执行时，使处理器执行如上述第一、三、五或七方面所述的方法。

由此，本发明的音频处理方案通过分段音量调节，解决了成本有限的情况下音频链路底噪影响音效，特别是小音量时音频播放效果的问题。进一步地，本发明可以通过软件优化的方式升级已上市的设备，并为将来的设备制造提供更多可选的更低成本的元器件。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明一个实施例的音频处理方法的示意性流程图。

图2示出了增益和DAC底噪随信号衰减而变化的例子。

图3示出了根据本发明一个实施例的音频处理链路的组成示意图。

图4示出了用于实现本发明的音频处理链路的一个例子。

图5示出了根据本发明一个实施例的音频处理方法的示意性流程图。

图6示出了用于实现本发明的音频处理链路的一个例子。

图7示出了根据本发明一个实施例可用于实现上述音频处理方法的计算设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

如前所述，音频播放设备在进行音频播放时，例如在使用蓝牙音箱播放音乐时，会有伴有“沙沙”的底噪声。由于只有电流流过电子元件，就会产生噪声，因此底噪不可避免，只能尽量减小。

在智能音箱领域，随着音箱的普及和小型化，厂家倾向于使用更小且成本更低的元器件。由于部分元器件的底噪水平偏高，会导致用户在中小音量时，明显感受到底噪。极端情况下底噪声甚至大于音乐声，严重影响用户体验。目前优化底噪的方案都是更换底噪性能更好的元器件。但通常底噪越低，元器件的成本也就越高。

为此，本申请提出一种在不增加成本，不更改硬件设计的基础上，降低音频输出底噪的方案。该方案不同于现有技术中直接使用数字增益调节音量，转而利用数模转换单元，尤其是其模拟增益调节功能来降低现有元件的底噪，从而提升音频播放质量。该方案可以应用于包含模数和数模转换且需要控制底噪的各类场景。

图1示出了根据本发明一个实施例的音频处理方法的示意性流程图。该方法可由包括数字音频处理单元和数模转换单元的音频链路实现，该音频链路可以包括在同一个设备，甚至是同一个SoC(SystemonChip，片上系统)内，也可由彼此经由有线或无线通信的不同设备实现。

在步骤S110，数字音频处理单元对数字音频信号进行处理。在步骤S120，数模转换单元将经处理的所述数字音频信号进行数模转换。在步骤S130，所述数模转换单元进行音量调节操作以得到经音量调节的模拟音频信号。

在进行音频播放的场景中，用户通常会经由各类物理按键或旋钮，或是虚拟控制条来调节音频播放的大小。在现有技术中，由于数字处理单元需要对数字音频信号进行音效调节等操作，因此通常由位于音效调节电路之前的数字增益调节电路来进行相应于用户输入的音量调节操作。相比之下，本发明将至少部分情况下的音量调节(例如，当用户输入的音量位于预定区间时)交予数模转换单元实现，为此能够利用数模转换单元的底噪随增益的降低而下降的特性，降低数模转换单元本身的底噪，从而提升音频的播放质量。

进一步地，该方法还可以包括输出上述经音量调节的模拟音频信号，用于以输出音量进行音频播放。随后，发声单元(例如，扬声器或是耳机)可以将所述经音量调节的模拟音频信号转换为声音信号。在此，“输出音量”可以是系统获取到用户针对物理或虚拟装置的操作而确定的音频经由发声单元输出给用户的音量的大小。通常，“输出音量”可以在0-100之间变动。输出音量为100，通常指代音频信号被无衰减的提供给用户，输出音量小于100，则表示音频信号在经过了一定程度的衰减(负增益)之后被提供给用户。在此，0-100之间的任意数字可以表示相对于原始音量的百分比。为此，在本发明中，“音量调节”通常指的是将音频信号进行衰减，即，进行负增益。

在不同的音频输出场景中，“输出音量”的实际输出范围可以不一样，例如，蓝牙耳机的输出音量100通常要小于蓝牙音箱的输出音量100，这是应该音箱通常还在数模转换单元DAC之后设置有用于提供音频输出功率的功率放大器(Power Amplifier，PA)，也可简称为“功放”。

在本发明中，在所述输出音量满足预定条件时，数模转换单元(DAC，也可称为“数模转换器”)进行音量调节操作以得到经音量调节的模拟音频信号。具体地，所述数模转换单元调节模拟增益以得到经音量调节的模拟音频信号。利用DAC进行音量调节可以利用DAC的底噪会随着模拟增益的降低而降低这一特性，由此通过降低DAC元件的底噪来降低整体的音频输出底噪。

图2示出了增益和DAC底噪随信号衰减而变化的例子。如图所示，在DAC进行数模转换得到了模拟信号之后，随着信号的衰减(Y轴表示衰减，单位为dB)，信号增益如图中的黑线所示线性下降。换句话说，随着模拟信号的波形幅度被调低，信号的音量也降低。相比之下，随着信号的衰减，DAC元件的底噪会在开始时显著降低，并在衰减达到-9dB时趋于稳定。无论如何，对模拟信号的增益调节(即，增益衰减)能够降低DAC元件的底噪。鉴于数字音量调节不会对元件的底噪产生任何影响，因此，在一个实施例中，可以完全使用DAC来进行音量调节，即在输出音量位于0-100内的任意位置时，都可以使用DAC调节来调节音量。此时，预定条件最为宽松，即如上输出音量位于0-100内的任意位置。

但在实际的音频处理常见中，往往还需要考虑其他因素，为此预定条件通常是小于0-100的部分区间，换句话说，通常只在特定的输出音量范围时才进行DAC音量调整。

在此，数字音频处理单元(也可称为“数字音频处理电路”。“数字处理单元”、“数字处理电路”)是对获取的数字音频信号进行处理，以使其适于由数模转换单元进行数模转换的电路。在不同的应用场景中，数字音频处理单元可以从各种途径获取要进行处理的数字音频信号，并且可以具有不同的具体功能。例如，数字音频处理单元可以直接获取本机物理存储或是缓存的音频文件，进行处理以供播放；也可以获取网络下载的音频流；可以获取蓝牙传递的音频信号等。

在某些情况下，数字音频处理单元可以包括音效调节电路。在此，音效调节电路是与音量调节电路相互区别的概念。“音量调节”指的是同时调整音频各个频率的增益。相比之下，“音效调节”则通常调节特定频率或是频率范围的增益或是波形。

音效调节可以包括均衡器(EQ)和动态范围控制(DRC)。在一个实施例中，本发明的数字音频处理单元可以包括音效调节子单元，所述音效调节子单元包括均衡器和动态范围控制器两者或之一。

EQ是均衡器的缩写，它的基本作用是通过对声音某一个或多个频段进行增益或衰减，达到调整音色的目的，通过合理调整部分频段，EQ还可以实现降噪功能。EQ通常包括如下参数：F(requency)，频率――用于设定要进行调整的频率点用的参数；G(ain)，增益――用于调整在设定好的F值上进行增益或衰减的参数；Q(uantize)――用于设定要进行增益或衰减的频段“宽度”。人耳可分辨的声音频率大约是在20Hz～20kHz，因此调音台中的四段均衡器可以把其分为的4个频段，包括：影响音色的表现力和解析力的HF(高频，6kHz-16kHz)；影响音色的明亮度、清晰度的MID HF(中高频，600Hz-6kHz)；影响音色和力量和结实度的MID LF(中低频，200Hz-600Hz；以及影响音色的混厚度和丰满度的LF(低频，20Hz-200Hz)。常见的EQ模式包括流行、摇滚、爵士、古典和人声等，它们各自调整不同的频段，例如古典乐EQ提升高低频段两部分，主要突出乐器的表现，而人声EQ的调整则主要集中在中频部分。

DRC指代动态范围压缩，也可称为动态范围控制，该功能可以动态调整音频输出幅值，通常用于在音量大时压制音量在某一范围内。当输出的音频信号过大的时候，由于输出的音频信号过大会引起削峰，从而引起音频失真并损坏喇叭，因此DRC会将输出信号的幅度进行压缩将其限制在一个范围内。

换句话说，由于音效调节调整音频输出的幅值，因此在包括音效调节电路的数字音频处理单元中，现有技术需要将音量调节放在音效调节之前，以使得音效调节功能能够正常的起作用。

在本发明中，为了利用DAC进行增益调节可使底噪降低这一特性，并且保证音效调节电路完成其功能，数模转换单元可以仅在输出音量小于预定阈值时，才进行音量调节操作以得到经音量调节的模拟信号。换句话说，数字音频处理单元可以在所述输出音量大于预定阈值时，进行音量调节操作以得到经音量调节的数字音频信号。具体地，数字音频处理单元可以在对所述数字音频信号进行音效调节处理之前，使用数字增益子单元进行音量调节操作以得到经音量调节的数字音频信号。

如上根据输出音量与预定阈值的相对大小来选择不同的元件进行音量调节，这一方面是因为在音量较大时，音效调节电路会考虑发声单元(例如，喇叭)本身的性能来对频谱进行不同的调整，另一方是因为在音量较大时，底噪通常不明显。上述预定阈值可以是固定的经验值，例如70，也可以根据音频数据和硬件状态被动态调整。

另外，应该理解的是，虽然在输出音量小于预定阈值时，DAC参与音量调节，但是上述音量调节无需是全部增益(衰减)的调节，而可以是对全部增益的一部分进行调节。为此，所述数字音频处理单元可以在对所述数字音频信号进行音效调节处理之前，使用数字增益子单元进行部分音量调节操作；所述数模转换单元对经数字增益子单元进行部分音量调节的(并经过音效处理的)数字音频信号进行数模转换，并进行另一部分的音量调节操作。例如，当输出音量为30时，数字处理电路的数字增益子单元可以进行部分音量调节，例如将音量从100调整为90，以防止DRC对信号幅度的不必要的压缩，随后再由DAC将音量从90调整为用户设定值30。

在某些情况下，音频链路中还可以包括模数转换单元(ADC，也可称为“模数转换器”)，例如，有线连接的麦克风，或是经由蓝牙连接的话筒。此时，本发明的音频处理方法还可以包括：模数转换单元对原始模拟音频信号进行模数转换，并将得到的所述数字音频信号发送给所述数字音频处理单元。

与DAC类似，ADC的底噪会随着模拟增益的降低而降低。具体地，ADC元件的底噪也可以如图2所示随着信号的衰减在开始时显著降低，并在衰减达到某一程度时趋于稳定。为此，同样可以利用ADC的这一特性来进行音频调节。于是，本发明的音频处理方法还可以包括：模数转换单元进行模拟音量调节操作以得到经音量调节的原始模拟音频信号。

如前所述，数字处理电路中开启了音效调节功能时，为了保存音效调节功能的正常作用，需要将至少部分的音量调节放在音效调节电路之前。在连接有ADC的情况下，可以使用ADC来代替数字处理电路中的数字增益调整。于是，在所述数字音频处理单元对所述数字音频信号进行音效调节处理的情况下，所述模数转换单元可以在用于音频播放的输出音量大于第二预定阈值时进行模拟音量调节操作。

此时，第二预定阈值可以与如上的预定阈值相同或不同。在一个实施例中，第二预定阈值也可以是音量70。为此，在输入音量在100-70这一区间时，可由ADC进行模拟音量调节操作以得到经音量调节的原始模拟音频信号。此时，DAC不参与音量调节，并且整条音频链路上的底噪为降低的ADC底噪、常规的数字处理电路底噪和常规的DAC底噪。在输入音量在70-0这一区间时，DAC可以参与音量调节。在某些实施例中，上述音量衰减可全部由DAC完成，并且整条音频链路上的底噪为常规的ADC底噪、常规的数字处理电路底噪和降低的DAC底噪。在一个优选实施例中，在输入音量在70-0这一区间时，可以时ADC和DAC同时参与音量调节。ADC可以调节原始模拟信号增益，例如，衰减至音量70，经衰减的原始模拟信号随后经由ADC转换成数字信号，在经由数字信号处理后，由DAC进行数模转换，并由DAC将转换得到的模拟信号进行进一步的衰减，例如，衰减至用户设定的音量30。此时，可以充分利用图2所示底噪曲线的显著下降部分，并且整条音频链路上的底噪为降低的ADC底噪、常规的数字处理电路底噪和降低的DAC底噪。在小音量时，根据ADC和DAC各自的底噪衰减曲线的形态，可以同时利用ADC和DAC两者进行音量衰减。即便在数字处理电路不进行音效调整时，亦是如此。此时，在用于音频播放的输出音量小于第三预定阈值时，所述模数转换单元和所述数模转换单元各自进行模拟音量调节操作，并且所述数模转换单元输出的所述模拟音频信号符合所述输出音量。上述第三预定阈值可由ADC和DAC各自的底噪衰减曲线的形态确定。在某些情况下，数字电路也可参与部分音量调节。

在接收用于进行音频播放的输出音量的变更信号时，可以基于经变更的输出音量，确定要进行音量调节的单元。例如，在开启了音效调节的数字电路连接DAC的场景中，当音量在70-100时，由位于音效调节电路之前的数字增益电路来调节音量。而当音量被用户调整为低于70时，例如，从80调整至60时，DAC可以参与音量调整，例如，完全通过模拟信号的衰减来完成音量调整，或者由数字增益电路先进行部分衰减，再由DAC进行剩余的衰减。

如上以结合图1描述了根据本发明的音频处理方法，如下将结合各种具体应用场景，来描述本发明适用的各种场景。图3示出了根据本发明一个实施例的音频处理链路的组成示意图。如图所示，音频处理链路300可以包括数字音频处理单元310和数模转换单元(DAC)320。数字音频处理单元310用于：对数字音频信号进行处理。数模转换单元320则用于：将经处理的所述数字音频信号进行数模转换。在至少部分情况下，数模转换单元320可以进行音量调节操作以得到经音量调节的模拟音频信号。

具体地，数模转换单元可以在用于进行音频播放的输出音量满足预定条件时，进行模拟增益调节操作以得到经音量调节的模拟音频信号。在不同的应用场景中，上述预定条件可以根据数字音频处理单元310是否开启音效调节功能、链路中是否连接ADC设备等而有所不同。

如前所述，能够执行本发明的音频处理方法的音频处理链路的各个组成单元可以是位于同一设备，甚至同一SoC上的链路，也可以是经由有线或无线连接的不同设备组成的链路。

在某些实施例中，数字音频处理单元310可以使用音效调节子单元对所述数字音频信号进行音效调节处理。此时，数模转换单元320可以在用于音频播放的输出音量小于预定阈值时(例如，小于音量70时)，进行音量调节操作以得到经音量调节的模拟信号。

在某些实施例中，音频处理链路300还可以包括模数转换单元，后者可以用于对原始模拟音频信号进行模数转换，并将得到的所述数字音频信号发送给所述数字音频处理单元。

在数字音频处理单元310包括DRC和/或EQ等音效调节电路并对数字音频信号进行音效调节时，模数转换单元可以在用于音频播放的输出音量大于第二预定阈值时，进行模拟音量调节操作以得到经音量调节的原始模拟音频信号。

而在数字音频处理单元310不进行音效调节时，ADC和DAC320可以任意确定其进行音量调节的方式。例如，ADC和DAC可以各自进行部分音量调节。优选地，在用于音频播放的输出音量小于第三预定阈值时，所述模数转换单元和所述数模转换单元各自进行模拟音量调节操作，并且所述数模转换单元输出的所述模拟音频信号符合所述输出音量，由此充分利用ADC和DAC进行模拟信号增益调整时如图2所示的底噪下降属性。

在不同的实施例中，模数转换单元可以包括：经由有线或无线连接将得到的所述数字音频信号发送给所述数字音频处理单元的外部模数转换单元；也可以包括与所述数字音频处理单元位于同一设备内的内部模数转换单元。

类似地，数模转换单元DAC320也可以包括：经由有线或无线连接与所述数字音频处理单元通信的外部数模转换单元；或与所述数字音频处理单元位于同一设备内的内部数模转换单元。

进一步地，该音频处理链路300还可以包括：发声单元，用于将所述经音量调节的模拟音频信号转换为声音信号。所述发声单元可以包括：经由有线或无线连接与所述数模转换单元通信的外部发声单元；或与所述数模转换单元位于同一设备内的内部发声单元。

图4示出了用于实现本发明的音频处理链路的一个例子。如图所示的音频链路400是包括音效调节功能的数字电路(410+420)连接DAC430进行音频处理的链路。更具体地，图4所示的音频链路可以实现为一种智能音箱。该智能音箱包括集成在SoC上的数字音频处理单元、数模转换单元430、模拟功率放大器(PA)440和喇叭450。对数字音频信号进行处理的数字音频处理单元在图中示出为用于进行数字音量调节的数字增益子单元410以及用于进行音效调节的EQ(均衡器)和DRC(动态范围控制)子单元420。

该音频链路，例如，智能音箱可以执行根据本发明的一种音频处理方法。图5示出了根据本发明一个实施例的音频处理方法的示意性流程图。

在步骤510，获取数字音频信号和输出音量设置。在此，可以是图4所示的智能音箱经由不同途径分别获取数字音频信号和输出音量设置。例如，智能音箱可以从本地存储中获取数字音频文件并进行播放，可以经由WiFi从云端获取音频流进行播放，也可以经由蓝牙连接等从诸如智能手机的音源获取音频信息进行播放。在进行音量设置时，用户可以直接经由智能音箱上的按键，例如“+”和“-”按键，进行设置；也可以通过蓝牙连接的手机在相应的APP内进行控制；在智能音箱具有语音交互能力的情况下，可以通过语音交互调节智能音箱的输出音量；在智能音箱具有触摸屏时，还可以通过虚拟按钮或滑块的操作来进行设置。

在步骤S520，判断所述输出音量设置是否位于预定区间，例如，是否位于1-70的输出音量范围内。在大音量时，由于需要需要确保音效调节单元的正确调节，因此需要在信号进入音效调节单元之前就进行音量调节操作，例如，使用图4所示的数字增益410在输出音量在100-70时进行音量调节。而在判定输出音量设置位于预定区间内，例如，位于1-70的输出音量范围内时，则可在步骤S530使用数字音频处理电路对获取的数字音频信号进行处理；并在步骤S540使用数模转换单元430将经处理的所述数字音频信号进行数模转换和音量调节操作以得到经音量调节的模拟音频信号。随后，可以经由模拟PA440将DAC430输出的信号进行放大，并在步骤S550，使用发声单元(例如，图4所示的喇叭450)将所述经音量调节的模拟音频信号转换为声音信号。

虽然在输出音量小于预定阈值时，DAC参与音量调节，但是上述音量调节无需是全部增益(衰减)的调节，而可以是对全部增益的一部分进行调节。为了防止DRC对信号幅度的不必要的压缩，可以在进行音效处理之前进行部分的音量调节(衰减)操作。为此，步骤S530可以包括：使用数字增益子单元进行部分音量调节操作；以及使用音效调节子单元对经部分音量调节的数字音频信号进行音效调节处理。随后，DAC可以在步骤540中完成剩余部分的音量衰减操作。

如果在步骤S520判断所述输出音量设置不位于预定区间，即判断所述输出音量设置位所述预定区间之外的其他区间，则可以如图4所示使用数字增益完成例如大音量区间(100-70)内的音量调节。为此，在步骤S535，使用数字音频处理单元对获取的数字音频信号进行处理和音量调节操作；在步骤S545，使用数模转换单元将经处理和音量调节的所述数字音频信号进行数模转换以得到模拟音频信号；以及在步骤S550，使用发声单元将所述模拟音频信号转换为声音信号。

在此，发声单元可以是图4所示的智能音箱自带的喇叭450，也可以是与智能音箱连接，例如经由标准插孔连接的耳机。

在图4所示的音频链路还进一步包括模数转换单元(ADC)时，上述例如100-700的大音量调节可以如上所述，由ADC代替数字增益子单元410完成，以利用ADC的底噪随模拟信号增益的降低而降低的特征。在此，连接的ADC可以是智能音箱自带的麦克风，但通常更常见的应用场景中，是诸如经由标准插孔外接的常规话筒，或是经由蓝牙连接的蓝牙话筒等。

于是，图5的方法还可以包括：判断从模数转换单元获取所述数字音频信号并且所述输出音量设置位所述预定区间之外的其他区间；使用所述模数转换单元进行模拟音量调节操作以得到经音量调节的原始模拟音频信号并进行模数转换；使用数字音频处理电路对获取的数字音频信号进行处理；使用数模转换单元将经处理和音量调节的所述数字音频信号进行数模转换以得到模拟音频信号；以及使用发声单元将所述模拟音频信号转换为声音信号。

在本发明的另一个方面，还可以实现为一种智能音箱，该智能音箱包括数字音频处理电路和数模转换单元，并且可以执行图5所示的音频处理方案。进一步地，该音箱可以实现为图4所示的音频链路，包括具有数字增益、音效处理和数模转换的SoC，SoC输出的模拟信号随后经由模拟功放进行放大并供喇叭进行输出。

在某些实施例中，对于已经出厂上市的音箱，可以通过软件升级，例如，空中(OTA)升级的方式，使其具备本发明的DAC音量调节功能。

如前所述，在智能音箱直接使用喇叭450或是有线耳机进行音频输出时，其使用自带的数字处理电路和DAC进行音频处理，并且可以执行如图5所示的音频处理方法。除了智能音箱之外，图4所示构造和图5所示的音频处理方法也可由诸如智能手机之类的其他终端设备实现。在智能手机或智能音箱连接其他智能播放设备，例如智能耳机或是智能语音贴时，由于智能耳机或是智能语音贴本身具备数字处理和数模转换功能，因此可以在这些音频播放设备上实现本发明的音频处理方案。

图6示出了用于实现本发明的音频处理链路的一个例子。如图所示的音频链路600包括数字处理电路和DAC620。数字处理电路中包括数字增益子单元。该音频链路600可以实现为蓝牙耳机、语音贴之类更为简单的智能播放设备，并且不包括音效调节功能。

此时，诸如蓝牙耳机或语音贴之类的智能音频播放器可以执行一种音频处理方法，包括：获取数字音频信号和输出音量设置；使用数字音频处理电路对获取的数字音频信号进行处理；使用数模转换单元将经处理的所述数字音频信号进行数模转换和音量调节操作以得到经音量调节的模拟音频信号；以及使用发声单元将所述经音量调节的模拟音频信号转换为声音信号。

进一步地，可以判定音频链路中包括模数转换单元；以及使用所述模数转换单元进行模拟音量调节操作以得到经音量调节的原始模拟音频信号并进行模数转换。ADC和DAC可以任意确定其进行音量调节的方式。例如，ADC和DAC可以各自进行部分音量调节。优选地，在用于音频播放的输出音量小于第三预定阈值时，所述模数转换单元和所述数模转换单元各自进行模拟音量调节操作，并且所述数模转换单元输出的所述模拟音频信号符合所述输出音量，由此充分利用ADC和DAC进行模拟信号增益调整时如图2所示的底噪下降属性。

进一步地，利用ADC和DAC进行模拟信号增益调整时底噪下降的属性，本发明还可以应用于音频处理之外的其他需要对底噪进行控制的领域。此时，本发明还可以实现为一种信号处理方法，包括：数字信号处理单元对数字信号进行处理；数模转换单元将经处理的所述数字信号进行数模转换；以及所述数模转换单元进行模拟信号幅度调节操作以得到经幅度调节的模拟信号。

进一步地，本发明的音频处理方法还可以应用于更多的发声设备场景，例如应用于儿童故事机以及可以发声的玩具。如前所述的智能音箱或是语音贴等也可以实现为一种儿童故事机或是发声玩具。

根据本发明的一种儿童故事机可以包括：数字音频处理单元，用于对数字音频信号进行处理；数模转换单元，用于将经处理的所述数字音频信号进行数模转换；以及发声单元，用于将所述经音量调节的模拟音频信号转换为声音信号，其中，所述数模转换单元进行音量调节操作以得到经音量调节的模拟音频信号。

在某些实施例中，数字音频信号可以存储在本地的存储单元中，例如儿童故事机内置的存储单元中，或是通过USB接口等读取外置存储单元中的数字音频信号。作为替换或者补充，儿童故事机还可以经由诸如蓝牙连接单元或是WiFi单元等的传输单元，从外部获取数字音频信号。

另外，在本机设置的情况下，儿童故事机所包括的音量设置单元可以用于设置输出音量设置。而在外部控制的情况下，则可通过传输单元从外部获取输出音量设置。在所述输出音量设置位于预定区间时，可以使用数模转换单元将经处理的所述数字音频信号进行数模转换和音量调节操作以得到经音量调节的模拟音频信号。

具体地，儿童故事机可以读取本机存储的或是从网络中实时获取的语音流，并利用数模转换单元的降低底噪特性进行数模转换后的音量调节操作。在其他实施例中，儿童故事机可以与智能设备，例如家长的手机绑定，从而基于手机界面中的音量设置和故事选择，从外部获取数字音频信号和输出音量设置，并由此利用数模转换单元的降低底噪特性进行数模转换后的音量调节操作。

根据本发明的一种发声玩具则可包括：音量设置单元，用于设置输出音量设置；数字音频处理单元，用于对数字音频信号进行处理；数模转换单元，用于将经处理的所述数字音频信号进行数模转换和音量调节操作以得到经音量调节的模拟音频信号；以及发声单元，用于将所述经音量调节的模拟音频信号转换为声音信号。发声玩具通常播放本地存储的特定音频，例如，特定的笑声或是动物叫声等，并且可以直接由数模转换单元基于音量设置，进行模拟音量调节。

应该理解的是，不同的儿童故事机或是发声玩具可以具有相比于如上描述更为复杂或是更为简单的元件组成和功能。为此，在不同的实施例中，这些儿童故事机或是发声玩具可以实现为例如结合本发明如上公开所描述的不同音频处理链路，但这些链路都可以利用数模转换单元进行至少部分的模拟音量调节操作。

图7示出了根据本发明一个实施例可用于实现上述音频处理方法的计算设备的结构示意图。

参见图7，计算设备700包括存储器710和处理器720。

处理器720可以是一个多核的处理器，也可以包含多个处理器。在一些实施例中，处理器720可以包含一个通用的主处理器以及一个或多个特殊的协处理器，例如图形处理器(GPU)、数字信号处理器(DSP)等等。在一些实施例中，处理器720可以使用定制的电路实现，例如特定用途集成电路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)或者现场可编程逻辑门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Arrays)。

存储器710可以包括各种类型的存储单元，例如系统内存、只读存储器(ROM)，和永久存储装置。其中，ROM可以存储处理器720或者计算机的其他模块需要的静态数据或者指令。永久存储装置可以是可读写的存储装置。永久存储装置可以是即使计算机断电后也不会失去存储的指令和数据的非易失性存储设备。在一些实施方式中，永久性存储装置采用大容量存储装置(例如磁或光盘、闪存)作为永久存储装置。另外一些实施方式中，永久性存储装置可以是可移除的存储设备(例如软盘、光驱)。系统内存可以是可读写存储设备或者易失性可读写存储设备，例如动态随机访问内存。系统内存可以存储一些或者所有处理器在运行时需要的指令和数据。此外，存储器710可以包括任意计算机可读存储媒介的组合，包括各种类型的半导体存储芯片(DRAM，SRAM，SDRAM，闪存，可编程只读存储器)，磁盘和/或光盘也可以采用。在一些实施方式中，存储器710可以包括可读和/或写的可移除的存储设备，例如激光唱片(CD)、只读数字多功能光盘(例如DVD-ROM，双层DVD-ROM)、只读蓝光光盘、超密度光盘、闪存卡(例如SD卡、min SD卡、Micro-SD卡等等)、磁性软盘等等。计算机可读存储媒介不包含载波和通过无线或有线传输的瞬间电子信号。

存储器710上存储有可执行代码，当可执行代码被处理器720处理时，可以使处理器720执行上文述及的音频处理方法。

具体地，设备700可以执行如图1和图5所示的音频处理方法，并且可以包括图3和图4所示的音频链路，或其至少一部分。在一个实施例中，该设备700可以是智能手机，其可以利用处理器710或是专门的音频处理电路来进行数字音频信号的处理，并且包括基于软件或硬件的音效调整。在利用软件进行音效调整时，智能手机上的DAC无需考虑硬件音效调整，因此可以进行例如1-100音量的全范围音量调整，并经由扬声器输出。在包括硬件EQ或是DRC时，智能手机上的DAC需要考虑硬件音效调整，因此可以进行例如1-70的小音量范围音量调整。此时，数字增益也同样可对信号进行一定程度的衰减，以避免例如DRC对音频的不必要的限制。

上文中已经参考附图详细描述了根据本发明的音频处理方法、链路和设备。本发明的音频处理方案通过分段音量调节，解决了成本有限的情况下音频链路底噪影响音效，特别时小音量时音频播放效果的问题。进一步地，本发明可以通过软件优化的方式例如OTA升级已上市的设备(例如，智能音箱或其他IoT设备)，并为将来的设备制造提供更多可选的更低成本元器件。

此外，根据本发明的方法还可以实现为一种计算机程序或计算机程序产品，该计算机程序或计算机程序产品包括用于执行本发明的上述方法中限定的上述各步骤的计算机程序代码指令。

或者，本发明还可以实施为一种非暂时性机器可读存储介质(或计算机可读存储介质、或机器可读存储介质)，其上存储有可执行代码(或计算机程序、或计算机指令代码)，当所述可执行代码(或计算机程序、或计算机指令代码)被电子设备(或计算设备、服务器等)的处理器执行时，使所述处理器执行根据本发明的上述方法的各个步骤。

本领域技术人员还将明白的是，结合这里的公开所描述的各种示例性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统和方法的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标记的功能也可以以不同于附图中所标记的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (40)

1.一种音频处理方法，包括：

数字音频处理单元对数字音频信号进行处理；

数模转换单元将经处理的所述数字音频信号进行数模转换；以及

所述数模转换单元进行音量调节操作以得到经音量调节的模拟音频信号。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：

输出所述经音量调节的模拟信号用于以输出音量进行音频播放。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述数模转换单元进行音量调节操作以得到经音量调节的模拟音频信号包括：

在所述输出音量满足预定条件时，所述数模转换单元进行音量调节操作以得到经音量调节的模拟音频信号。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述数模转换单元进行音量调节操作以得到经音量调节的模拟音频信号包括：

所述数模转换单元调节模拟增益以得到经音量调节的模拟音频信号。

5.如权利要求1所述的方法，其中，所述数字音频处理单元对数字音频信号进行处理包括：

所述数字音频处理单元对所述数字音频信号进行音效调节处理，并且

所述数模转换单元进行音量调节操作以得到经音量调节的模拟音频信号包括：

所述数模转换单元在用于音频播放的输出音量小于预定阈值时，进行音量调节操作以得到经音量调节的模拟信号。

6.如权利要求5所述的方法，其中，所述数字音频处理单元包括音效调节子单元，所述音效调节子单元包括：

均衡器；或

动态范围控制器。

7.如权利要求5所述的方法，还包括：

所述数字音频处理单元在所述输出音量大于预定阈值时，进行音量调节操作以得到经音量调节的数字音频信号。

8.如权利要求7所述的方法，其中，所述数字音频处理单元在所述输出音量大于预定阈值时，进行音量调节操作以得到经音量调节的数字音频信号包括：

所述数字音频处理单元在对所述数字音频信号进行音效调节处理之前，使用数字增益子单元进行音量调节操作以得到经音量调节的数字音频信号。

9.如权利要求5所述的方法，所述数模转换单元在用于音频播放的输出音量小于预定阈值时，进行音量调节操作以得到经音量调节的模拟信号包括：

所述数字音频处理单元在对所述数字音频信号进行音效调节处理之前，使用数字增益子单元进行部分音量调节操作；以及

所述数模转换单元对经数字增益子单元进行部分音量调节的数字音频信号进行数模转换，并进行另一部分的音量调节操作。

10.如权利要求1所述的方法，还包括：

模数转换单元对原始模拟音频信号进行模数转换，并将得到的所述数字音频信号发送给所述数字音频处理单元。

11.如权利要求10所述的方法，还包括：

所述模数转换单元进行模拟音量调节操作以得到经音量调节的原始模拟音频信号。

12.如权利要求11所述的方法，其中，所述模数转换单元进行模拟音量调节操作以得到经音量调节的原始模拟音频信号包括：

在所述数字音频处理单元对所述数字音频信号进行音效调节处理的情况下，所述模数转换单元在用于音频播放的输出音量大于第二预定阈值时进行模拟音量调节操作。

13.如权利要求11所述的方法，其中，在用于音频播放的输出音量小于第三预定阈值时，所述模数转换单元和所述数模转换单元各自进行模拟音量调节操作，并且所述数模转换单元输出的所述模拟音频信号符合所述输出音量。

14.如权利要求1所述的方法，还包括：

接收用于进行音频播放的输出音量的变更信号；以及

基于经变更的输出音量，确定要进行音量调节的单元。

15.一种音频处理链路，包括数字音频处理单元和数模转换单元，

所述数字音频处理单元用于：

对数字音频信号进行处理；

所述数模转换单元用于：

将经处理的所述数字音频信号进行数模转换；

其中，所述数模转换单元进行音量调节操作以得到经音量调节的模拟音频信号。

16.如权利要求15所述的音频处理链路，其中，所述数模转换单元在用于进行音频播放的输出音量满足预定条件时，进行模拟增益调节操作以得到经音量调节的模拟音频信号。

17.如权利要求15所述的音频处理链路，其中，所述数字音频处理单元使用音效调节子单元对所述数字音频信号进行音效调节处理，

所述数模转换单元在用于音频播放的输出音量小于预定阈值时，进行音量调节操作以得到经音量调节的模拟信号。

18.如权利要求17所述的音频处理链路，还包括：

模数转换单元，用于对原始模拟音频信号进行模数转换，并将得到的所述数字音频信号发送给所述数字音频处理单元，

所述模数转换单元在用于音频播放的输出音量大于第二预定阈值时，进行模拟音量调节操作以得到经音量调节的原始模拟音频信号。

19.如权利要求15所述的音频处理链路，还包括：

模数转换单元，用于对原始模拟音频信号进行模数转换，并将得到的所述数字音频信号发送给所述数字音频处理单元，

在用于音频播放的输出音量小于第三预定阈值时，所述模数转换单元和所述数模转换单元各自进行模拟音量调节操作，并且所述数模转换单元输出的所述模拟音频信号符合所述输出音量。

20.如权利要求18或19所述的音频处理链路，其中，所述模数转换单元包括：

经由有线或无线连接将得到的所述数字音频信号发送给所述数字音频处理单元的外部模数转换单元；或

与所述数字音频处理单元位于同一设备内的内部模数转换单元。

21.如权利要求15所述的音频处理链路，其中，所述数模转换单元包括：

经由有线或无线连接与所述数字音频处理单元通信的外部数模转换单元；或

与所述数字音频处理单元位于同一设备内的内部数模转换单元。

22.如权利要求15所述的音频处理链路，还包括：

发声单元，用于将所述经音量调节的模拟音频信号转换为声音信号。

23.如权利要求15所述的音频处理链路，其中，所述发声单元包括：

经由有线或无线连接与所述数模转换单元通信的外部发声单元；或

与所述数模转换单元位于同一设备内的内部发声单元。

24.一种音频处理方法，包括：

获取数字音频信号和输出音量设置；

判断所述输出音量设置位于预定区间；

使用数字音频处理电路对获取的数字音频信号进行处理；

使用数模转换单元将经处理的所述数字音频信号进行数模转换和音量调节操作以得到经音量调节的模拟音频信号；以及

使用发声单元将所述经音量调节的模拟音频信号转换为声音信号。

25.如权利要求24所述的方法，其中，使用数字音频处理电路对获取的数字音频信号进行处理包括：

使用数字增益子单元进行部分音量调节操作；以及

使用音效调节子单元对经部分音量调节的数字音频信号进行音效调节处理。

26.如权利要求24所述的方法，还包括：

判断所述输出音量设置位所述预定区间之外的其他区间；

使用数字音频处理单元对获取的数字音频信号进行处理和音量调节操作；

使用数模转换单元将经处理和音量调节的所述数字音频信号进行数模转换以得到模拟音频信号；以及

使用发声单元将所述模拟音频信号转换为声音信号。

27.如权利要求24所述的方法，还包括：

判断从模数转换单元获取所述数字音频信号并且所述输出音量设置位所述预定区间之外的其他区间；

使用所述模数转换单元进行模拟音量调节操作以得到经音量调节的原始模拟音频信号并进行模数转换；

使用数字音频处理电路对获取的数字音频信号进行处理；

使用数模转换单元将经处理和音量调节的所述数字音频信号进行数模转换以得到模拟音频信号；以及

使用发声单元将所述模拟音频信号转换为声音信号。

28.一种智能音箱，包括数字音频处理电路和数模转换单元，并且用于执行如权利要求24-27中任一项所述的方法。

29.如权利要求26所述的智能音箱，其中，所述智能音箱经由空中升级执行如权利要求24-27中任一项所述的方法。

30.一种音频处理方法，包括：

获取数字音频信号和输出音量设置；

使用数字音频处理电路对获取的数字音频信号进行处理；

使用数模转换单元将经处理的所述数字音频信号进行数模转换和音量调节操作以得到经音量调节的模拟音频信号；以及

使用发声单元将所述经音量调节的模拟音频信号转换为声音信号。

31.如权利要求30所述的方法，其中，判定音频链路中包括模数转换单元；以及

使用所述模数转换单元进行模拟音量调节操作以得到经音量调节的原始模拟音频信号并进行模数转换。

32.一种智能音频播放器，包括数字音频处理电路和数模转换单元，并且用于执行如权利要求30或31所述的方法。

33.如权利要求32所述的智能音频播放器，其中，所述智能音频播放器经由空中升级执行如权利要求30或31所述的方法。

34.一种信号处理方法，包括：

数字信号处理单元对数字信号进行处理；

数模转换单元将经处理的所述数字信号进行数模转换；以及

所述数模转换单元进行模拟信号幅度调节操作以得到经幅度调节的模拟信号。

35.一种儿童故事机，包括：

数字音频处理单元，用于对数字音频信号进行处理；

数模转换单元，用于将经处理的所述数字音频信号进行数模转换；以及

发声单元，用于将所述经音量调节的模拟音频信号转换为声音信号，

其中，所述数模转换单元进行音量调节操作以得到经音量调节的模拟音频信号。

36.如权利要求35所述的儿童故事机，包括：

内置和/或外置的存储单元，用于存储数字音频信号；和/或

传输单元，用于从外部获取数字音频信号。

37.如权利要求35所述的儿童故事机，包括：

音量设置单元，用于设置输出音量设置；和/或

传输单元，用于从外部获取输出音量设置，

并且在所述输出音量设置位于预定区间时，使用数模转换单元将经处理的所述数字音频信号进行数模转换和音量调节操作以得到经音量调节的模拟音频信号。

38.一种发声玩具，包括：

音量设置单元，用于设置输出音量设置；

数字音频处理单元，用于对数字音频信号进行处理；

数模转换单元，用于将经处理的所述数字音频信号进行数模转换和音量调节操作以得到经音量调节的模拟音频信号；以及

发声单元，用于将所述经音量调节的模拟音频信号转换为声音信号。

39.一种计算设备，包括：

处理器；以及

存储器，其上存储有可执行代码，当所述可执行代码被所述处理器执行时，使所述处理器执行如权利要求1-14、24-27、30-31和34中任一项所述的方法。

40.一种非暂时性机器可读存储介质，其上存储有可执行代码，当所述可执行代码被电子设备的处理器执行时，使所述处理器执行如权利要求1-14、24-27、30-31和34中任一项所述的方法。

Images