CN117240241B - 摄像机用的音频信号处理电路和摄像机 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种摄像机用的音频信号处理电路和摄像机，该电路包括：输入端、运算电路和幅值调控电路，输入端用于输入具有第一电压幅值的音频信号的输入端；运算电包括与固定电阻连接的第一端、与第一电容连接的第二端和输出端，其中，第一端与输入端连接；幅值调控电路包括串联的检波电路和压控电阻电路，幅值调控电路的一端与输出端连接，且另一端与第二端连接；幅值调控电路被构造为：当音频信号在输出端的电压幅值大于阈值时，检波电路输出预设高电压，压控电阻电路输出第一电压；则运算电路被构造为：响应于幅值调控电路输出的第一电压，第一电容等效成等效电阻，以使得音频信号在输出端的电压幅值降低。该方案可实现音频信号无损限幅。

Description

摄像机用的音频信号处理电路和摄像机

技术领域

本申请涉及音频信号处理技术领域，尤其涉及一种摄像机用的音频信号处理电路和摄像机。

背景技术

在音频应用领域，电信号输入的电压幅值有时候是不可控的，影响因素有很多，如不同厂家设备规格能力不匹配，声音信号大小不可控等，对于信号超过电路设计值时，轻则信号削顶破音，严重时可以导致硬件烧毁，功能失效。

现有技术中，通常是通过有损限幅的方式限制电信号输入的电压幅值。

但是，现有的这种有损限幅的方式处理音频信号，会造成最终输出的声音音效变差。

发明内容

本申请提供一种摄像机用的音频信号处理电路和摄像机，用于解决现有有损限幅的方式处理音频信号，会造成最终输出的声音音效变差的问题。

第一方面，本申请实施例提供一种摄像机用的音频信号处理电路，包括：

输入端，用于输入具有第一电压幅值的音频信号；

运算电路，所述运算电包括与固定电阻连接的第一端、与第一电容连接的第二端和输出端，其中，所述第一端与所述输入端连接；

幅值调控电路，所述幅值调控电路包括串联的检波电路和压控电阻电路，所述幅值调控电路的一端与所述输出端连接，且另一端与所述第二端连接；

所述幅值调控电路被构造为：

当所述音频信号在所述输出端的电压幅值大于阈值时，所述检波电路输出预设高电压，所述压控电阻电路输出第一电压；

则所述运算电路被构造为：

响应于所述幅值调控电路输出的第一电压，所述第一电容等效成等效电阻，以使得所述音频信号在所述输出端的电压幅值降低，其中，降低的电压幅值OUT为：

其中，OUT为限幅之后的音频信号的电压幅值，IN是所述第一电压幅值，RX为所述等效电阻的阻值，R为固定电阻的阻值。

在第一方面的一种可能设计中，所述阈值为所述检波电路配置得到；

上式中，为阈值，R10为所述检波电路中第一配置电阻的阻值，R11为所述检波电路中第二配置电阻的阻值，R12为所述检波电路中第三配置电阻的阻值，/>为所述检波电路中配置电源的电压。

在第一方面的另一种可能设计中，所述等效电阻的阻值RX由所述检波电路的输出电压计算得到：

上式中，R16、R18、R19、R27、R3为预先配置的电阻值，为检波电路的输出电压。

在第一方面的再一种可能设计中，所述检波电路的输出电压由所述阈值与所述输出端的电压幅值之间的大小关系确定。

在第一方面的又一种可能设计中，在所述输出端的电压幅值大于所述阈值时，所述输出电压从预设初始值开始，根据所述输出端的电压幅值大于所述阈值的持续时间，逐渐增大至预设阈值；

在所述输出端的电压幅值小于或等于所述阈值时，所述输出电压从所述预设阈值开始，随所述输出端的电压幅值小于或等于所述阈值的持续时间，逐渐降低至所述预设初始值。

在第一方面的又一种可能设计中，所述幅值调控电路用于根据所述阈值与所述输出端的电压幅值之间的大小关系，输出相应的幅值控制信号，所述幅值控制信号通过滤波电路和预设电阻之后的电压值作为所述检波电路输出电压；

上式中，为流经所述预设电阻R16的电流值。

在第一方面的又一种可能设计中，在所述幅值调控电路输出第一电压，所述第一电容等效成等效电阻时，流经所述等效电阻的电信号作为负反馈，与输入所述固定电阻第一端的音频信号进行逻辑运算，对所述音频信号按照所述阈值进行无失真限幅。

在第一方面的又一种可能设计中，所述检波电路包括第一运算放大器；

第一运算放大器的第4引脚分别与第二电容和第三电容连接之后接地，第4引脚还连接到第一负电源；

第一运算放大器的第8引脚分别与第四电容和第五电容连接之后接地，第8引脚还连接到第二负电源；

第一运算放大器的第5引脚通过第一电阻与所述运算电路的输出端连接，第5引脚还分别与第六电容，第二电阻连接之后接地；

第一运算放大器的第6引脚与第一配置电阻的一端、所述第二配置电阻的一端连接，所述第一配置电阻的另一端连接配置电源，所述第二配置电阻的另一端连接第三配置电阻之后接地，第6引脚还通过第七电容接地；

第一运算放大器的第7引脚通过二极管连接滤波电路的一端，所述滤波电路的另一端与预设电阻连接。

在第一方面的又一种可能设计中，所述压控电阻电路包括：跨导运算放大器；

所述跨导运算放大器的第一引脚通过预设电阻与所述检波电路连接，将流经所述预设电阻的电流作为输入；

所述跨导运算放大器的第二引脚通过第三电阻接到电源正极；

所述跨导运算放大器的第三引脚通过第四电阻接地；

所述跨导运算放大器的第四引脚通过第五电阻接地，第四引脚还连接到第六电阻的一端，第七电阻的另一端通过第七电阻接到电源负极；

所述跨导运算放大器的第五引脚和第七引脚连接之后作为输出，与运算电路的第二端连接。

第二方面，本申请实施例提供一种摄像机，包括上述所述的摄像机用的音频信号处理电路。

本申请实施例提供的摄像机用的音频信号处理电路和摄像机，在运算电路通过固定电阻对音频信号进行限幅之后，若检波电路检测到该限幅后的音频信号的电压幅值依然大于阈值，就会输出预设高电压，并触发压控电阻电路输出第一电压，使得运算电路中配置的第一电容会等效成一个等效电阻，该等效电阻可以形成负反馈来参与到限幅运算中，达到进一步对音频信号进行限幅的作用，提高运算电路对音频信号的限幅幅度，使得运算电路最终输出的限幅后的音频信号能够小于或等于阈值，从而达到限幅的作用，其相对于目前使用的削峰等限幅手段，能够达到无损限幅的目的，避免限幅后的音频信号出现失真等情况，提高最终输出的声音音效。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理；

图1为本申请实施例提供的信号波形变化示意图；

图2为本申请实施例提供的音频信号处理的场景示意图；

图3为本申请实施例提供的摄像机用的音频处理电路的电路结构示意图；

图4为本申请实施例提供的检波电路的电路结构示意图；

图5为本申请实施例提供的检波电路的具体电路示意图；

图6A为本申请实施例提供的信号示意图；

图6B为本申请另一实施例提供的信号示意图；

图6C为本申请另一实施例提供的信号示意图；

图7为本申请实施例提供的压控电阻电路的电路示意图；

图8为本申请实施例提供的运算电路的电路示意图；

图9为本申请实施例提供的输入接口的电路示意图；

图10为本申请实施例提供的音频信号的波形示意图；

图11为本申请实施例提供的缓冲电路的电路示意图；

图12为本申请另一实施例提供的音频信号的波形示意图；

图13为本申请实施例提供的运算电路的电路示意图；

图14A为本申请另一实施例音频信号的波形示意图；

图14B为本申请另一实施例音频信号的波形示意图；

图14C为本申请另一实施例音频信号的波形示意图；

图15为本申请实施例提供的跟随电路的结构示意图；

图16为本申请实施例提供的跟随电路的电路示意图；

图17为本申请另一实施例提供的音频信号的波形示意图；

图18为本申请实施例提供的输出电路的电路示意图。

通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

限幅是指将信号某种特性(例如电压、电流、功率)超过预定门限值的所有瞬时值减弱至接近此门限值，而对其他所有的瞬时值予以保留的操作。在摄像机领域中，输入的音频信号的电压幅值有时候是不可控的（影响因素主要包括厂家设备规格能力不匹配，声音信号大小不可控等），对于电压超过电路设计值的电信号，轻则信号削顶破音，严重时可以导致硬件烧毁，功能失效。为此需要采用限幅的方式来处理输入的音频信号，目前音频限幅主要是有损限幅，例如运放电源轨、限幅二极管等，但是其通过对电信号进行削波实现，容易降低音频电信号的声音效果。

针对上述问题，需要设计一种能够无损限幅电路来对音频电信号进行处理。为此本申请提供了一种摄像机用的音频信号处理电路和摄像机，该摄像机中包括有音频信号处理电路，通过该音频信号处理电路，对输入的音频信号的电压幅值进行无损限幅。具体的，该音频信号处理电路包括有输入端、运算电路、幅值调控电路。其中，在输入的音频信号的电压幅值大于阈值时，运算电路中的第一电容会等效成等效电阻，并通过调节该等效电阻的阻值来对输入的音频信号进行分压，如此可以实现对音频信号的无损限度，提高输出的音频信号的声音效果。

其中，需要说明的是，信号特性主要包括有波形、幅值、相位、频率、失真等，信号处理过程中如果只对幅值、相位进行调整，而不改变信号的波形，频率和失真，则称为音频信号无损限幅（一般失真小于1.5%认为是无损限幅），而如果还改变了信号的波形，频率和失真等，则称为音频信号有损限幅。示例性的，图1为本申请实施例提供的信号波形变化示意图，如图1所示，通过无损限幅可以使得信号波形一致，无信号幅值和波形等变化，而通过有损限幅则会使得信号波形发生变化，这种方式容易降低音频电信号的声音效果。

下面对本案中涉及的应用场景进行介绍：

首先，电信号通过模拟数字转换器（ADC）转换为数字信号，由于ADC其量化参考电平是有限的（一般参考1.8V或3.3V），但不同音频输出设备其信号输出幅值受各种应用影响，其幅值具有多样性，手机耳机输出信号一般在1.8Vpp内，电脑耳机输出能力在5Vpp，家用DVD等设备其输出最大音频信号幅值可以达到12Vpp。因此，在不同的音频输出设备场景下，为了让信号输出幅值在ADC的最大能力（参考电平）范围内，需要对超过最大输入能力的电平进行限幅，对输入模拟数字转换器的信号输出幅值进行抑制。

示例性的，图2为本申请实施例提供的音频信号处理的场景示意图，可以将本申请提供的音频信号处理电路模块化，形成音频处理设备，并对外提供输入接口和输出接口。如图2所示，音频输出设备（可以是话筒等拾音器、数字通用光盘（Digital Video Disc，DVD）、手机、摄像机等输出音频信号源的设备）可以通过输入接口与该音频处理设备连接，通过音频处理设备对音频信号进行无损限幅之后，再输出到音频输入设备（例如可以是手机、电脑等），如此基于无损限幅后的音频信号，能够让信号幅值满足ADC输入要求，可以保证音频输出设备的声音效果。

下面，通过具体实施例对本申请的技术方案进行详细说明。需要说明的是，下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。

图3为本申请实施例提供的摄像机用的音频处理电路的电路结构示意图，如图3所示，其包括有输入端、运算电路、幅值调控电路。其中，运算电路包括有固定电阻和第一电容，输入端通过与固定电阻连接，输入具有第一电压幅值（可以视为未限幅）的音频信号至运算电路。

运算电路中的固定电阻的阻值在配置完成之后不再变更，第一电容在等效为等效电阻时，等效电阻的阻值将随压控电阻电路输出的第一电压发生变化（后文将对此进行详细说明）。

幅值调控电路包括串联的检波电路和压控电阻电路。其中，检波电路接收运算电路的输出（即限幅之后的音频信号），并可以输出到其它设备（例如图2中的音频接入设备）。同时，压控电阻电路还会输出第一电压至第一电容，使得第一电容等效为等效电阻，以对输入端输入的未限幅的音频信号进行分压限幅。

在本实施例中，在当检波电路检测到接收的音频信号的电压幅值大于阈值的时候，检波电路会输出预设高电压，触发压控电阻电路输出第一电压至第一电容，使得第一电容等效成等效电阻之后，等效电阻将对输入端输入的具有第一电压幅值（可以视为未限幅）的音频信号进行分压，其中，用IN表示第一电压幅值为例，则音频信号的电压值将被限幅为：

其中，OUT为限幅之后的音频信号的电压幅值，IN是第一电压幅值，RX为等效电阻的阻值，R为固定电阻的阻值。

其中，压控电阻电路还可以根据预设高电压和压控电阻电路中的目标电阻的阻值，调节等效电阻的阻值大小。

在本实施例中，输入端可以是输入接口，其可以与外部设备或线缆连接，接收输入的音频信号（此时的音频信号的电压幅值可能超过限制幅值，即检波电路配置的阈值），然后由运算电路来对该音频信号进行限幅。其中，运算电路中包括有固定电阻和等效电阻（即由第一电容等效得到），当音频信号通过固定电阻和等效电阻之后，通过等效电阻来实现分压，降低音频信号的电压幅值。

其中，检波电路可以检测限幅后的音频信号的电压值是否大于当前配置的阈值（例如设置的阈值为[-1.4V，+1.4V]），并反馈检波控制信号（当音频信号在输出端的电压幅值大于配置的阈值时，反馈的检波控制信号即为预设高电压）给压控电阻电路，然后基于该检波控制信号确定是否需要调节等效电阻的阻值，以及当需要调节等效电阻的阻值时，进一步基于检波控制信号的电压值调节等效电阻的阻值大小。

本申请实施例通过压控电阻电阻输出第一电压值至第一电容，使得第一电容等效成等效电阻，通过等效电阻对输入端输入的第一电压幅值的音频信号的分压，可以达到对音频信号无损限幅的目的，提高声音音效。

在另一些实施例中，阈值可以通过对检波电路中的电阻的阻值进行配置得到，示例性的，图4为本申请实施例提供的检波电路的电路结构示意图，如图4所示，检波电路包括第一运算放大器U5B；第一运算放大器U5B的第一输入端与阈值配置电路连接，阈值配置电路用于配置上文提到的阈值；第一运算放大器U5B的第二输入端通过第一电阻R15接入运算电路输出的音频信号（即限幅之后的音频信号）或跟随电路（后文会对跟随电路进行详细介绍）；第一运算放大器U5B的输出端通过二极管D4与滤波电路的一端连接，滤波电路的另一端通过预设电阻R16与压控电阻电路的另一端连接。

其中，滤波电路用于对第一运算放大器U5B的输出结果进行滤波，并经过预设电阻R16之后，作为检波控制信号（当音频信号在输出端的电压幅值大于配置的阈值时，反馈的检波控制信号即为预设高电压）；第一运算放大器U5B的第一电源引脚连接有第一电源电路；第一运算放大器U5B的第二电源引脚连接有第二电源电路。

具体的，图5为本申请实施例提供的检波电路的具体电路示意图，如图5所示，第一运算放大器U5B的第4引脚（即图4中的第一电源引脚）分别与第二电容C25和第三电容C27连接之后接地，第4引脚还连接到第一负电源；即第二电容C25、第三电容C27和第一负电源组成图4中的第一电源电路。第一运算放大器U5B的第8引脚（即图4中的第二电源引脚）分别与第四电容C35和第五电容C36连接之后接地，第8引脚还连接到第二负电源；即第四电容C35、第五电容C36和第二负电源组成图4中的第二电源电路。

第一运算放大器U5B的第5引脚通过第一电阻R15与运算电路的输出端连接，接收运算电路输出的音频信号，第5引脚还分别与第六电容C33，第二电阻R20连接之后接地；

第一运算放大器U5B的第6引脚与第一配置电阻R10的一端、第二配置电阻R11的一端连接，第一配置电阻R10的另一端连接配置电源，第二配置电阻R11的另一端连接第三配置电阻R12之后接地，第6引脚还通过第七电容C23接地；

第一运算放大器U5B的第7引脚通过二极管D4连接滤波电路的一端，滤波电路的另一端与预设电阻R16连接。

其中，滤波电路包括电阻R14、电容C71和电容C34。阈值配置电路包括阈值配置电源VCC_12V、第一配置电阻R10、第二配置电阻R11、第三配置电阻R12，第二电容C23。第一配置电阻R10的一端与阈值配置电源连接，第一配置电阻R10的另一端分别与第一运算放大器U5B的第一输入端、第二配置电阻R11的一端、第二电容C23的一端连接，第二配置电阻R11的另一端与第三配置电阻R12的一端连接，第三配置电阻R12的另一端、电容C23的另一端均接地（起到退耦稳压作用）。

其中，电容C25和电容C27起到退耦稳压作用，电容C35和电容C36起到退耦稳压作用。示例性的，继续参考图5，第一配置电阻R10阻值可以为100千欧姆，第二配置电阻R11的阻值可以为10千欧姆，第三配置电阻R12的阻值可以为3.3千欧姆，电阻R14的阻值可以为1千欧姆，第一电阻R15的阻值可以为10千欧姆，预设电阻R16的阻值可以为47千欧姆，电阻20的阻值可以为100千欧姆，其中的各个电阻的电阻误差均为1%。电容C23规格可以为100纳法，耐压50V，正常工作温度为-55°C~+85°C。电容C25规格可以为1微法，耐压25V，正常工作温度为-55°C~+85°C。电容C71规格可以为10微法，耐压25V，正常工作温度为-55°C~+85°C。电容C34规格可以为1微法，耐压25V，正常工作温度为-55°C~+85°C。电容C36规格可以为1微法，耐压25V，正常工作温度为-55°C~+85°C。

在本实施例中，通过配置检波电路，可以将运算电路输出的音频信号的电压幅值（即运算电路对具有第一电压幅值的音频信号进行限幅后输出的音频信号）与阈值对比，确定出运算电路是否有效的将具有第一电压幅值的音频信号的电压幅值限幅在阈值以内，若检波电路检测到没有限幅到阈值以内，此时检波电路可以输出预设高电压，通知压控电阻电路输出第一电压来使得第一电容等效成等效电阻，并继续对具有第一电压幅值的音频信号进行分压，以提高运算电路的限幅幅度。

在另一些实施例中，第一配置电阻R10、第二配置电阻R11、第三配置电阻R12形成分压电路，输出的分压作为阈值，阈值为：

上式中，VCC为检波电路中配置电源的电压即阈值配置电源的电压值。

其中，通过调整第一配置电阻R10、第二配置电阻R11、第三配置电阻R12的电阻值，可以配置不同的阈值，以应用于不同的场景需求；此阈值作为检波电路中比较器的参考电平，和第一运算放大器U5B的第5脚从第一电阻R15输入的音频信号进行比较运算。

本申请实施例通过在检波电路中配置第一配置电阻R10、第二配置电阻R11、第三配置电阻R12，通过调节其电阻值就可以灵活的实现对阈值的控制，（阈值是用于表征音频信号处理电路最后输出的限幅后的音频信号的最高电压幅值），最终达到对输出的音频信号的最高电压幅值的控制。

在另一些实施例中，检波电路的输出电压由上述阈值/>与输出端的电压幅值之间的大小关系确定的。其中，检波电路的输出电压/>可以用于计算得到等效电阻RX的阻值，本文后续对此将进行详细解释说明。

在本实施例中，当阈值大于或者等于输出端的电压幅值时，检波电路的输出电压/>通常输出的是预设低电压，当阈值/>小于输出端的电压幅值时（即触发对输入的具有第一电压幅值的音频信号的电压限幅），检波电路的输出电压/>将为预设高电压。

示例性的，图6A为本申请实施例提供的信号示意图，如图6A所示，当从图5中的第一电阻R15接收运算电路输出的限幅后的音频信号（即作为检波电路输入信号）的电压值（即输出端的音频信号的电压幅值）小于阈值（如1.4V）时，检波电路比较器输出信号为低电平-12V，经滤波电路滤波后检波电路输出电压仍为低电平（例如-12V）。

示例性的，图6B为本申请另一实施例提供的信号示意图，如图6B所示，当从图5中的第一电阻R15接收运算电路输出的音频信号（即作为检波电路输入信号）的电压值等于阈值（如1.4V）时，检波电路比较器输出信号为低电平-12V，经滤波电路滤波后检波电路输出电压仍为低电平（例如-12V）。

示例性的，图6C为本申请另一实施例提供的信号示意图，如图6C所示，当从图5中的第一电阻R15接收运算电路输出的音频信号的电压值（即作为检波电路输入信号）大于阈值（如1.4V）时，检波电路比较器输出信号为高电平+12V，经滤波电路滤波后作为检波控制信号（即预设高电压），输出给压控电阻电路，由压控电阻电路输出第一电压以对等效电阻的阻值调节。其中，第一电压与检波电路输出电压相关。

其中，在输出端的音频信号的电压幅值大于该阈值时，检波电路的输出电压是一个持续变化的过程，具体参考上述图6C，当输出端的电压幅值大于该阈值时，输出电压从预设初始值（例如-12V）开始逐渐增大，在经历时间t之后达到最大值（即预设阈值），而当输出端的电压幅值小于或等于该阈值时，输出电压/>从该预设阈值开始，又逐渐下降，在经历时间t之后最终下降到预设初始值（例如-12V）。

在本实施例中，参考上述图6C中检波电路输出电压，在输出端的音频信号的电压幅值大于该阈值时，可以配置一个线性关系式（例如正相关的线性函数）来控制输出电压的变大，在输出端的音频信号的电压幅值小于或等于该阈值时，可以配置另一个线性关系式（例如负相关的线性函数）来控制输出电压/>的变小。

本实施例通过控制检波电路输出电压的取值大小，对等效电阻RX的值进行控制，即以检波电路输出电压/>的取值作为负反馈，来控制等效电阻的阻值变化，对输入至运算电路中具有第一电压幅值的音频信号进行分压，从而提高对具有第一电压幅值的音频信号的限幅幅度。而当检波电路输出电压/>的取值为一个线性变化的过程时，能够更加精细的控制等效电阻的阻值变化，从而更加精细的实现分压，使得运算电路最终可以输出电压值非常接近阈值的限幅后的音频信号，提高音频限幅的准确度。

在一些实施例中，继续参考上述图5，第一运算放大器U5B和第一配置电阻R10、第二配置电阻R11、第三配置电阻R12、电阻R14、第一电阻R15实现的是比较器功能，具体可以参考上述图6A、图6B和图6C，比较器根据阈值与输出端的电压幅值之间的大小关系，输出相应的幅值控制信号（即上述图6A、图6B和图6C中的比较器输出信号），并经过滤波电路和预设电阻R16之后，将其电压值作为检波电路输出电压。其中，滤波电路通过对搭建的比较器输出结果方波信号进行滤波，流经预设电阻R16的电流值/>：

上式中，为检波电路输出电压，R16为预设电阻R16的阻值。

进一步的，在上述实施例的基础上，在另一些实施例中，等效电阻的阻值RX可以由检波电路的输出电压（即检波控制信号的电压）计算得到。本实施例将对等效电阻的阻值RX的具体计算过程进行详细说明，具体如下：

上式中，R16、R18、R19、R27、R3为预先配置的电阻值，为检波电路输出电压。

其中，可以继续参考图5，R16即预设电阻R16的阻值。在本实施例中，图7为本申请实施例提供的压控电阻电路的电路示意图，如图7所示，压控电阻电路包括跨导运算放大器U7。

其中，跨导运算放大器U7的第一引脚通过预设电阻R16与图5中的滤波电路的另一端连接，将流经预设电阻R16的电流作为输入；跨导运算放大器U7的第二引脚通过第三电阻R23连接有电源正极；跨导运算放大器U7的第三引脚通过第四电阻R25连接后接地；跨导运算放大器U7的第四引脚通过第五电阻R27接地，跨导运算放大器的第四引脚还连接有第六电阻R30的一端，第六电阻R30的另一端通过第七电阻R29与电源负极电路连接；跨导运算放大器U7的第五引脚与第七引脚相连之后，与等效电阻连接；跨导运算放大器的第八引脚通过第七电阻R29与电源负极电路连接。

在本实施例中，电源负极电路包括有电容C47、电容C49和负极电源VSS_-12V。其中，电容C47的一端和电容C49的一端连接后与负极电源VSS_-12V、第六电阻R29连接，电容C47的另一端和电容C49的另一端连接后接地。

跨导运算放大器U7的第九引脚连接有电阻R32的一端，电阻R32的另一端与负极电源VSS_-12V连接。跨导运算放大器U7的第十引脚和第十二引脚相连后与接口Audio_R_FB连接。跨导运算放大器U7的第十一引脚连接正极电源VCC_12V，同时连接电容C48的一端和电容C50的一端，电容C48的另一端和电容C50的另一端相连后接地。跨导运算放大器U7的第十三引脚连接电阻R28的一端和电阻R31的一端，电阻R31的另一端连接电阻R32的一端，电阻R28的另一端与电阻R26的一端连接之后接地，电阻R26的另一端与跨导运算放大器U7的第十四引脚连接。跨导运算放大器U7的第十五引脚与电阻R24的一端连接，电阻R24的另一端与正极电源VCC_12V连接。

其中，电容C47和电容C49起到退耦稳压作用，等效电阻RX的最终阻值与目标电阻（包括预设电阻R16、第五电阻R27、第六电阻R30）关联。具体的，

上式中，为检波电路的输出电压，R16为预设电阻R16的阻值，R27为第五电阻R27的阻值，R30为第六电阻R30的阻值，K为常数，例如19.2。

示例性的，第三电阻R23、电阻R24的阻值可以为47千欧姆，第六电阻R30、电阻R31的阻值可以为4.7千欧姆，第四电阻R25、电阻R26、第五电阻R27和电阻R28的阻值可以为1千欧姆，电阻R29、电阻R32的阻值可以为10千欧姆，各个电阻的阻值误差为1%。电容C47、电容C48规格可以为1微法，耐压25V，正常工作温度为-55°C~+85°C。电容C49、电容C50规格可以为100纳法，耐压50V，正常工作温度为-55°C~+85°C。

本申请实施例通过采用跨导运算放大器，实现对等效电阻的阻值控制，利用检波电路的输出电压闭环负反馈调节等效电阻的阻值，实现分压运算以对音频信号进行无损限幅，而且由于是采用调节等效电阻RX阻值的方式来实现对音频信号的分压，可以使得电压限幅的幅度很大，避免了目前通过削顶等有损限幅方式造成的音频信号失真，提高声音音效。

在上述实施例的基础上，在另一些实施例中，在所幅值调控电路输出第一电压，第一电容等效成等效电阻时，流经等效电阻的电信号作为负反馈，与输入固定电阻第一端的音频信号进行逻辑运算，对音频信号按照阈值进行无失真限幅。

在本实施例中，图8为本申请实施例提供的运算电路的电路示意图，如图8所示，该运算电路的第一端接入具有第一电压幅值IN的音频信号，通过固定电阻进行分压之后，具有第一电压幅值IN的音频信号的电压幅值会降低，并通过运算电路的输出端输出到检波电路。其中，如果检波电路检测到输出端的音频信号的电压幅值大于阈值，又会通过压控电阻电路将第一电容等效成等效电阻，形成负反馈，即通过等效电阻RX再次进行分压，从而进一步降低具有第一电压幅值IN的音频信号的电压幅值，直到运算电路的输出端输出的音频信号的电压幅值小于或等于阈值。

本申请实施例通过配置第一电容，在固定电阻能够独立完成对具有第一电压幅值IN的音频信号进行限幅且限幅之后的电压小于或等于阈值时，其不会产生负反馈参与限幅运算，而当固定电阻对具有第一电压幅值IN的音频信号进行限幅且限幅之后的电压大于阈值时，第一电容就会等效成等效电阻，并形成负反馈以参与到限幅运算中，再进一步进行限幅，从而实现无失真的无损限幅，提高输出的音频信号的声音音效。

在另一些实施例中，输入端具体可以包括有输入接口和缓冲电路，输入接口通过与音频输出设备连接，接收音频输出设备输入的具有第一电压幅值的音频信号，并通过缓冲电路缓冲放大之后，通过运算电路的固定电阻。

在本实施例中，输入接口作为接收音频信号（此时的音频信号的电压幅值可能超过限制幅值）的物理接口，可以是音频接口端子或电路信号线。示例性的，图9为本申请实施例提供的输入接口的电路示意图，如图9所示，音频接口端子通过隔直电容C44和电容C46与后级的缓冲电路连接。示例性的，电容C44和电容C46的规格可以为2.2微法，耐压25V，正常工作温度为-55°C~+85°C。

其中，音频信号（此时的音频信号的电压幅值可能超过限制幅值）在通过输入接口之后，其波形不会发生变化。示例性的，图10为本申请实施例提供的音频信号的波形示意图，如图10所示，音频信号通过输入接口电路前后波形一致，无信号幅值和波形等变化。

在本实施例中，缓冲电路的前级（可以理解为输入端）与输入接口连接，缓冲电路的后级（可以理解为输出端）与运算电路相连接。示例性的，图11为本申请实施例提供的缓冲电路的电路示意图，如图11所示，其包括有电阻R46、电阻R17、电阻R13、电阻R21、电阻R18，电容C32、电容C24、电容C28、电容C30，电容C40、电容C41和运算放大器U6A。其中，电阻R46、电阻R17、电阻R13的阻值可以为10千欧姆，阻值的容差为1%。电阻R21、电阻R18的阻值可以为0欧姆。电容C28和电容C40的规格可以为1微法，耐压25V，正常工作温度为-55°C~+85°C。

其中，运算放大器U6A的第1脚（可以理解为输出端）连接到电阻R18的一端（电阻R18的另一端与运算电路的固定电阻连接）、电阻R13的一端和电容C24的一端，运算放大器U6A的第2脚（可以理解为反向输入端）与电容C24的另一端，电阻R17的一端连接，电阻R17的另一端通过电阻R46接入输入接口的输入，电阻R17的另一端还与电阻R13的另一端连接，同时，电阻R17的另一端还通过电容C32接地。运算放大器U6A的第3脚与R21连接后接地，运算放大器U6A第4脚连接电容C28的一端和电容C30的一端，电容C28的另一端和电容C30的另一端连接之后接到地，同时运算放大器U6A第4脚还连接到负电源。运算放大器U6A第8脚连接电容C40的一端和电容C41的一端，电容C40的另一端和电容C41的另一端与电阻R21连接之后接地，同时运算放大器U6A第8脚连接电容C40的一端和电容C41的一端之后，接入到正电源。

其中，电容C28和电容C30起到退耦稳压作用，电容C40和电容C41起到退耦稳压作用。缓冲电路的增益由电阻R13和电阻R46决定，这里信号增益为0dB。

在本实施例中，图12为本申请另一实施例提供的音频信号的波形示意图，如图12所示，输入到缓冲电路的音频信号经过缓冲电路后，信号幅值无变化，相位发生180°变化。

本申请实施例通过配置缓冲电路，可以起到隔绝作用，使得前端的输入（例如音频输出设备）与运算电路解耦，避免前端输入存在的阻抗对运算电路中固定电阻阻值产生影响，提高运算电路对音频信号电压幅值限制的准确性。

在另一些实施例中，图13为本申请实施例提供的运算电路的电路示意图，如图13所示，运算电路可以包括固定电阻R19和等效电阻（由图13中的电容C37（即第一电容）等效来的），其中，固定电阻R19的一端作为运算电路的第一端（与上述图11中的电阻R18连接，接入缓冲电路输出的音频信号），固定电阻的另一端与等效电阻的一端连接后作为运算电路的输出端（与后级的幅值调控电路连接，作为幅值调控电路的输入，另外，运算电路的输出端还可以通过输出接口，输出限幅后的音频信号给上述图2中的音频接入设备），等效电阻的另一端作为运算电路的第二端（与压控电阻电路连接，接收压控电阻电路输出的信号以实现等效电阻阻值的调节）。

其中，固定电阻可以包括一个或多个串联在一起的电阻（例如图13中的电阻R18和电阻R19也可以视为固定电阻，其中电阻R18的阻值可以为0欧姆，电阻R19的阻值为20千欧姆，阻值的容差为1%），等效电阻可以为一个或多个串联在一起的电容（例如图10中的电容C37，电容C37的规格可以为2.2微法，耐压25V，正常工作温度为-55°C~+85°C）。

需要说明的是，通过使用图11所示的缓冲电路，就可以更加精确的确定出固定电阻的阻值，而如果没有使用图11所示的缓冲电路，运算电路中的固定电阻直接与音频输入电路相连，就容易使得音频输入电路所产生的阻抗干扰固定电阻阻值的确定，如此就容易造成运算电路不能够准确的限制音频信号的电压值。

其中，音频信号从缓存电路输入到运算电路，电容C37（即第一电容）接收压控电阻电路提供的电流信号，提供负反馈信号（此时电容C37等效为一个可调节阻值的电阻），从而形成一个分压电路，另外，由于缓存电路输出阻抗已经降低到10Ω内（可以忽略），如此，运算电路输出端的输出信号OUT为：

上式中，R为固定阻值的阻值（例如图13中的电阻R19），RX为等效电阻的阻值，OUT为限幅之后的音频信号的电压幅值，IN为第一电压幅值。其中，RX由压控电阻电路和检波控制信号的电压/>决定。

在本实施例中，通过调节RX可以实现对输出信号OUT的调节。示例性的，图14A为本申请另一实施例音频信号的波形示意图，如图14A所示，当输入的具有第一电压幅值的音频信号小于阈值（以1.4V举例）时，RX趋于无穷大，输入的具有第一电压幅值的音频信号的电压幅值不会被衰减，此时运算电路输出端的音频信号的电压和输入的具有第一电压幅值的音频信号的幅值相等。

图14B为本申请另一实施例音频信号的波形示意图，如图14B所示，当输入的具有第一电压幅值的音频信号等于阈值（以1.4V举例）时，RX趋于无穷大，输入的具有第一电压幅值的音频信号的电压幅值不会被衰减，此时运算电路输出端的音频信号的电压和输入的具有第一电压幅值的音频信号的幅值相等。

图14C为本申请另一实施例音频信号的波形示意图，如图14C所示，当输入的具有第一电压幅值的音频信号大于阈值（以1.4V举例）时，RX值由压控电阻电路和检波电路的输出电压决定，RX和前级的固定电阻R形成分压，如此，将输入的具有第一电压幅值的音频信号的电压幅值控制到阈值等幅值。

本申请实施例通过设置幅值调控电路，检测经运算电路限幅后的音频信号的电压值与阈值的大小，进而再控制RX的值，从而实现运算电路输出的限幅后的音频信号的电压幅值可控，由于其是无级变化的，不会引入信号失真，可以实现音频信号的无损限幅，可以提高声音音效。

在另一些实施例中，幅值调控电路还包括跟随电路，跟随电路的一端与运算电路的输出端连接，跟随电路的另一端与检波电路的一端连接；跟随电路用于将运算电路输出的限幅后的音频信号输出至检波电路。

示例性的，图15为本申请实施例提供的跟随电路的结构示意图，如图15所示，跟随电路中可以包括运算放大器U9A，运算放大器U9A的输出引脚与电容C75连接后与检波电路的一端连接，输出引脚与运算放大器U9A的第一输入引脚（可以理解为反向输入端）连接，输出引脚还有输出电路AOUT_L，输出电路AOUT_L用于输出限幅后的音频信号；运算放大器U9A的第二输入引脚（可以理解为正向输入端）与运算电路的输出端连接，接入限幅后的音频信号；运算放大器U9A的第一电源引脚连接有第三电源电路；第一运算放大器U9A的第二电源引脚连接有第四电源电路。

具体的，图16为本申请实施例提供的跟随电路的电路示意图，如图16所示，跟随电路包括电容C77、电容C73、电容C75、电容C76、电容C74和运算放大器U9A，运算放大器U9A的第一脚连接C75后与检波电路连接，同时直接连接到输出接口电路和运算放大器U9A的第二脚，形成跟随电路，运算放大器U9A的第三脚连接前级运算电路的输出，运算放大器U9A的第4脚连接电容C73和电容C77后接到地，同时运算放大器U9A的第4脚连接到负电源，形成第三电源电路。运算放大器U9A的第8脚连接电容C74和电容C76后连接到地，同时连接到负电源，形成第四电源电路。

示例性的，电容C77和电容C76规格可以为1微法，耐压25V，正常工作温度为-55°C~+85°C。电容C75规格可以为2.2微法，耐压25V，正常工作温度为-55°C~+85°C。

其中，电容C73和电容C77起到退耦稳压作用，电容C74和电容C76起到退耦稳压作用。图17为本申请另一实施例提供的音频信号的波形示意图，如图17所示，音频信号经过跟随电路之后，其波形、信号幅值和相位等均无变化。

本申请实施例通过设置跟随电路，经过信号运算电路的无损限幅后的信号通过跟随电路输出，可以起到隔离的作用，避免运算电路直接接入后级的检波电路，防止后级的检波电路所产生的阻抗影响运算电路的限幅准确性。

图18为本申请实施例提供的输出电路的电路示意图，如图18所示，限幅后的音频信号可以通过输出电路的输入接口AOUT_R和AOUT_L输入到输出电路，再通过输出电路输出。其中，输出电路还包括电阻R22和电阻R23，电容C42，电容C43、电容C45和电容C51。示例性的，电阻R22、电阻R23的阻值可以为0欧姆，电容C42、电容C45规格可以为2.2微法，耐压25V，正常工作温度为-55°C~+85°C。

本申请实施例还提供一种摄像机，具体包括有上述实施例中的摄像机用的音频信号处理电路。

本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系；在公式中，字符“/”，表示前后关联对象是一种“相除”的关系。“以下至少一项（个）”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项（个）或复数项（个）的任意组合。例如，a，b，或c中的至少一项（个），可以表示：a，b，c，a-b，a-c，b-c，或a-b-c，其中，a，b，c可以是单个，也可以是多个。

可以理解的是，在本申请实施例中涉及的各种数字编号仅为描述方便进行的区分，并不用来限制本申请的实施例的范围。在本申请的实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请的实施例的实施过程构成任何限定。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种摄像机用的音频信号处理电路，包括：

输入端，用于输入具有第一电压幅值的音频信号；

运算电路，所述运算电路包括与固定电阻连接的第一端、与第一电容连接的第二端和输出端，其中，所述第一端与所述输入端连接；

幅值调控电路，所述幅值调控电路包括串联的检波电路和压控电阻电路，所述幅值调控电路的一端与所述输出端连接，且另一端与所述第二端连接；

所述幅值调控电路被构造为：

当所述音频信号在所述输出端的电压幅值大于阈值时，所述检波电路输出预设高电压，所述压控电阻电路输出第一电压；

则所述运算电路被构造为：

响应于所述幅值调控电路输出的第一电压，所述第一电容等效成等效电阻，以使得所述音频信号在所述输出端的电压幅值降低，其中，降低的电压幅值OUT为：其中，OUT为限幅之后的音频信号的电压幅值，IN是所述第一电压幅值，RX为所述等效电阻的阻值，R为固定电阻的阻值；

所述检波电路包括第一运算放大器；

第一运算放大器的第4引脚分别与第二电容和第三电容连接之后接地，第4引脚还连接到第一负电源；

第一运算放大器的第8引脚分别与第四电容和第五电容连接之后接地，第8引脚还连接到第二负电源；

第一运算放大器的第5引脚通过第一电阻与所述运算电路的输出端连接，第5引脚还分别与第六电容，第二电阻连接之后接地；

第一运算放大器的第6引脚与第一配置电阻的一端、第二配置电阻的一端连接，所述第一配置电阻的另一端连接配置电源，所述第二配置电阻的另一端连接第三配置电阻之后接地，第6引脚还通过第七电容接地；

第一运算放大器的第7引脚通过二极管连接滤波电路的一端，所述滤波电路的另一端与预设电阻连接。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述阈值为所述检波电路配置得到；

上式中，/>为阈值，R10为所述检波电路中第一配置电阻的阻值，R11为所述检波电路中第二配置电阻的阻值，R12为所述检波电路中第三配置电阻的阻值，/>为所述检波电路中配置电源的电压。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述等效电阻的阻值RX由所述检波电路的输出电压计算得到：/>上式中，R16、R18、R19、R27、R3为预先配置的电阻值，/>为检波电路的输出电压。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述检波电路的输出电压由所述阈值与所述输出端的电压幅值之间的大小关系确定。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，在所述输出端的电压幅值大于所述阈值时，所述输出电压从预设初始值开始，根据所述输出端的电压幅值大于所述阈值的持续时间，逐渐增大至预设阈值；

在所述输出端的电压幅值小于或等于所述阈值时，所述输出电压从所述预设阈值开始，随所述输出端的电压幅值小于或等于所述阈值的持续时间，逐渐降低至所述预设初始值。

6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述幅值调控电路用于根据所述阈值与所述输出端的电压幅值之间的大小关系，输出相应的幅值控制信号，所述幅值控制信号通过滤波电路和预设电阻R之后的电压值作为所述检波电路的输出电压；

上式中，/>为流经所述预设电阻的电流值。

7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，在所述幅值调控电路输出第一电压，所述第一电容等效成等效电阻时，流经所述等效电阻的电信号作为负反馈，与输入所述固定电阻第一端的音频信号进行逻辑运算，对所述音频信号按照所述阈值进行无失真限幅。

8.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述压控电阻电路包括：跨导运算放大器；

所述跨导运算放大器的第一引脚通过预设电阻与所述检波电路连接，将流经所述预设电阻的电流作为输入；

所述跨导运算放大器的第二引脚通过第三电阻接到电源正极；

所述跨导运算放大器的第三引脚通过第四电阻接地；

所述跨导运算放大器的第四引脚通过第五电阻接地，第四引脚还连接到第六电阻的一端，第七电阻的另一端通过第七电阻接到电源负极；

所述跨导运算放大器的第五引脚和第七引脚连接之后作为输出，与运算电路的第二端连接。

9.一种摄像机，其特征在于，包括上述权利要求1-8中任一项所述的摄像机用的音频信号处理电路。