CN108540886A - 一种听力保护方法、***、存储装置及蓝牙耳机 - Google Patents

一种听力保护方法、***、存储装置及蓝牙耳机 Download PDF

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Abstract

本发明属于音频信号处理技术领域，提供了一种听力保护方法、***、存储装置及蓝牙耳机。该听力保护方法、***、存储装置及蓝牙耳机中，在对数字音频信号进行整体音量调节后，采用动态范围压缩算法，将数字音频信号的幅度限制在小于声音强度阈值，可使得大信号被压制在某一范围内，起到保护用户听力的目的，并能保证低音量播放时也能清晰听到声音的细节，有助于提升音质。同时，将动态范围压缩算法设置在对数字音频信号进行整体音量调节后，避免了音频信号的幅度受到二次改变，而失去听力保护作用。

Description

一种听力保护方法、***、存储装置及蓝牙耳机
技术领域
本发明属于音频信号处理技术领域，尤其涉及一种听力保护方法、***、存储装置及蓝牙耳机。
背景技术
医学研究表明，入耳的声音强度如果达到85dB，且每天持续8小时以上，容易导致听力受损，并且耳神经受损后无法根治。在目前的3C时代，蓝牙耳机被广泛应用，基于此，蓝牙耳机有必要具有听力保护功能。
现有技术中，采用模拟音量控制来限制蓝牙耳机输出的音量大小。具体来说，蓝牙耳机在从蓝牙终端设备接收到音频数据后，对音频数据进行处理，之后通过数/模转换器(DAC)将数字音频信号转换成模拟音频信号后输出给喇叭。在此过程中，通过音量调节器(DAC Gain)调整数/模转换器输出的功率大小，当数/模转换器输出的模拟音频信号的幅值过大时，通过音量的减小来避免人耳的不适，达到听力保护的作用。
但这种模拟音量控制的方法是将模拟音频信号的幅值整体缩小，原本较微弱的音频信号将会被衰减得更小，无法呈现音频的细节给用户，用户会因此失去音质上的细腻度，这在追求细节的音乐播放中将会更明显。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种听力保护方法，旨在解决现有技术采用的模拟音量控制技术会将蓝牙耳机内的模拟音频信号的幅值整体缩小，无法呈现音频的细节给用户的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种听力保护方法，所述方法包括以下步骤：
对蓝牙终端设备发送的音频数据进行译码处理；
对译码得到的数字音频信号进行数据元整体音量调节；
采用DRC算法，限制音量调节后的数字音频信号的幅度小于声音强度阈值；
将数字音频信号转换成模拟音频信号后输出给喇叭。
本发明实施例的另一目的在于提供一种听力保护***，所述***包括：
数据处理模块，用于对蓝牙终端设备发送的音频数据进行译码处理；
音量调节模块，用于对所述数据处理模块译码得到的数字音频信号进行数据元整体音量调节；
听力保护模块，用于采用DRC算法，限制所述音量调节模块输出的数字音频信号的幅度小于声音强度阈值；
数/模转换模块，用于将数字音频信号转换成模拟音频信号后输出给喇叭。
本发明实施例的另一目的在于提供一种存储装置，所述存储装置上存储有执行指令，所述执行指令被处理器执行时实现如上所述的听力保护方法的步骤。
本发明实施例的另一目的在于提供一种蓝牙耳机，包括喇叭、以及听力保护***，所述听力保护***是如上所述的听力保护***。
本发明实施例提出的听力保护方法、***、存储装置及蓝牙耳机中，在对数字音频信号进行整体音量调节后，采用动态范围压缩算法，将数字音频信号的幅度限制在小于声音强度阈值，可使得大信号被压制在某一范围内，起到保护用户听力的目的，并能保证低音量播放时也能清晰听到声音的细节，有助于提升音质。同时，将动态范围压缩算法设置在对数字音频信号进行整体音量调节后，避免了音频信号的幅度受到二次改变，而失去听力保护作用。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的听力保护方法的流程图；
图2是本发明实施例一中，采用DRC算法调节数字音频信号幅度的流程图；
图3是本发明实施例三提供的听力保护***的结构图；
图4是本发明实施例三中，听力保护模块的结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明针对蓝牙耳机采用模拟音量控制来保护听力所存在的问题，提出了一种听力保护方法。该方法是在对数字音频信号进行整体音量调节后，采用动态范围压缩(Dynamic Range Compression，DRC)算法，将数字音频信号的幅度限制在小于声音强度阈值。以下将结合实施例详细说明：
实施例一
本发明实施例一提出了一种听力保护方法。如图1所示，包括以下步骤：
S1：对蓝牙终端设备发送的音频数据进行译码处理。
其中，蓝牙终端设备可以是手机、平板电脑、个人电脑等电子设备，其基于蓝牙协议，通过蓝牙网络发送音频数据。该音频数据可以是数字格式编码的音乐或语音等数据。
S2：对译码得到的数字音频信号进行数据元整体音量调节，用以辅助音效后处理(例如:EQ均衡器)的音量调整。
S3：采用DRC算法，限制音量调节后的数字音频信号的幅度小于声音强度阈值。
其中，声音强度阈值可以根据实际情况预设，优选地，声音强度阈值为85dB。
S4：将数字音频信号转换成模拟音频信号后输出给喇叭。
实施例一中，采用DRC算法来动态调整数字音频信号的输出幅度，可将大信号压制在某一范围内，使喇叭不破音，并能保证低音量播放时也能清晰听到声音的细节，有助于提升音质。并且，将步骤S3设置在步骤S2之后，且在步骤S4之前，其目的在于避免音频信号的幅度受到二次改变，而失去听力保护作用。
进一步地，如图2所示，步骤S3又可包括以下步骤：
S301：读取预存的DRC参数。
其中，DRC参数是指DRC算法所应用到的参数，至少包括门限值(threshold)、压缩时间(attack time)、释放时间(release time)。
具体地，门限值是指需要对数字音频信号进行压缩处理的阈值，当数字音频信号的幅度达到该门限值时，需要对其进行动态范围压缩处理，且超过门限值越大，被处理的范围越多，而幅度低于该门限值的数字音频信号则不被处理。
该门限值需要根据播放音频信号的喇叭的阻抗的不同而区别设置。例如，若喇叭的阻抗是16欧姆，声音强度阈值为85dB，则门限值为-15dB；若喇叭的阻抗是32欧姆，声音强度阈值为85dB，则门限值为-10dB。
由于播放音频信号的喇叭的阻抗不一，播放时的声音大小不一，例如，16欧姆的喇叭发出的声音会比32歐姆的喇叭发出的声音大，因此，门限值的设置需要根据不同的产品进行调配。
实际中，在预先设置门限值时，需要利用分贝计进行实际测量，分别测量常用的具有不同阻抗的喇叭在声音强度阈值(例如85dB)对应的门限值，建立表格，并根据产品的不同而调整预设。
具体地，压缩时间是指对数字音频信号开始压缩抑制到门限值的反应时间；释放时间是指对压缩后的数字音频信号恢复到原本信号大小的反应时间。若压缩时间太小会导致信号瞬变杂音，若压缩时间太大会导致压缩不住破音；若释放时间太小会使得压缩没完成就释放而导致破音，若释放时间太大会导致长时间不释放，动态变差。合理设置压缩时间和释放时间，可以避免听觉上的不舒适感。
本发明实施例中，压缩时间可设置的范围是0.02毫秒～10毫秒；释放时间可设置的范围是：1毫秒～5000毫秒。
S302：对输入的数字音频信号进行幅度检测。
S303：判断输入的数字音频信号的幅度是否达到声音强度阈值，是则执行步骤S304，否则直接执行步骤S4。
S304：根据DRC参数，自适应计算增益，将增益与输入的数字音频信号相乘，得到输出的数字音频信号。之后执行步骤S4。
更进一步地，为了减小输入的数字音频信号幅度变化非常快时产生的信号削波，实施例一中，在步骤S304和步骤S4之间，还可包括以下步骤：
S305：启动DRC算法中的反削波控制(Anti-Clip Control)算法，利用斜率滤波器对输出的数字音频信号进行反削波处理，以使得信号削波最小化，保持原本波形，避免失真。之后，在步骤S4中，数字音频信号是指经反削波处理后的信号。
实施例二
本发明实施例二提出了一种听力保护方法。与实施例一不同的是，在步骤S3之前，还包括以下步骤：
S0：接收蓝牙终端设备发送的听力保护开/关指令，若听力保护开/关指令是听力保护开指令，则在执行完步骤S2之后执行步骤S3，若听力保护开/关指令是听力保护关指令，则在执行完步骤S2之后执行步骤S4。
相对于实施例一，实施例二中，用户可以通过安装在蓝牙终端设备内的App程序，来选择是否开启听力保护功能，方便了用户使用。
实施例三
本发明实施例三提出了一种听力保护***，如图3所示，包括：数据处理模块1，用于对蓝牙终端设备发送的音频数据进行译码处理；音量调节模块2，用于对数据处理模块1译码得到的数字音频信号进行数据元整体音量调节，用以辅助音效后处理(例如:EQ均衡器)的音量调整；听力保护模块3，用于采用DRC算法，限制音量调节模块2输出的数字音频信号的幅度小于声音强度阈值，该声音强度阈值优选为85dB；数/模转换模块4，用于将数字音频信号转换成模拟音频信号后输出给喇叭。
实施例三中，听力保护模块3采用DRC算法来动态调整数字音频信号的输出幅度，可将大信号压制在某一范围内，使喇叭不破音，并能保证低音量播放时也能清晰听到声音的细节，有助于提升音质。并且，听力保护模块3设置在音量调节模块2之后，其目的在于避免音频信号的幅度受到二次改变，而失去听力保护作用。
进一步地，如图4所示，听力保护模块3又可包括：读取子模块31，用于读取预存的DRC参数，关于DRC参数的定义如前所述，不赘述；幅度检测子模块32，用于对输入的数字音频信号进行幅度检测；判断子模块33，用于判断输入的数字音频信号的幅度是否达到声音强度阈值；调节子模块34，用于当判断子模块33判断输入的数字音频信号的幅度达到声音强度阈值时，根据DRC参数，自适应计算增益，将增益与输入的数字音频信号相乘，得到输出的数字音频信号，之后由数/模转换模块4继续执行；数/模转换模块4具体是用于当判断子模块33判断输入的数字音频信号的幅度没有达到声音强度阈值时，将数字音频信号转换成模拟音频信号后输出给喇叭。
更进一步地，听力保护模块3还可包括：反削波控制子模块，用于启动DRC算法中的反削波控制(Anti-Clip Control)算法，利用斜率滤波器对调节子模块34输出的数字音频信号进行反削波处理，以使得信号削波最小化，保持原本波形，避免失真。之后，数/模转换模块4将反削波控制子模块处理后的数字音频信号转换成模拟音频信号后输出给喇叭。
实施例四
本发明实施例四提出了一种听力保护***。与实施例三不同的是，实施例四中，***还包括：指令接收模块，用于接收蓝牙终端设备发送的听力保护开/关指令，若听力保护开/关指令是听力保护开指令，则音量调节模块2执行完毕后启动听力保护模块3继续执行，若听力保护开/关指令是听力保护关指令，则音量调节模块2执行完毕后启动数/模转换模块4继续执行。
相对于实施例三，实施例四中，用户可以通过安装在蓝牙终端设备内的App程序，来选择是否开启听力保护模块3，方便了用户使用。
实施例五
本发明实施例五提出了一种存储装置，该存储装置上存储有执行指令，该执行指令被处理器执行时实现如实施例一或实施例二所述的听力保护方法的步骤。
实施例六
本发明实施例六提出了一种蓝牙耳机，包括喇叭，以及听力保护***，该听力保护***是如实施例三或实施例四所述的听力保护***，不赘述。
综上所述，本发明提出的听力保护方法、***、存储装置及蓝牙耳机中，在对数字音频信号进行整体音量调节后，采用动态范围压缩算法，将数字音频信号的幅度限制在小于声音强度阈值，可使得大信号被压制在某一范围内，起到保护用户听力的目的，并能保证低音量播放时也能清晰听到声音的细节，有助于提升音质。同时，将动态范围压缩算法设置在对数字音频信号进行整体音量调节后，避免了音频信号的幅度受到二次改变，而失去听力保护作用。再有，本发明中，合理设置DRC参数，根据喇叭阻抗的不同有针对性的预设不同的门限值，丰富了产品适用范围，并且合理设置压缩时间和释放时间，避免造成用户听觉上的不适感。最后，DRC算法启动了反削波控制功能，可在输入的数字音频信号幅度变化非常快时，使得信号削波最小化，保持原本波形，避免失真。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来控制相关的硬件完成，所述的程序可以在存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种听力保护方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
对蓝牙终端设备发送的音频数据进行译码处理；
对译码得到的数字音频信号进行数据元整体音量调节；
采用DRC算法，限制音量调节后的数字音频信号的幅度小于声音强度阈值；
将数字音频信号转换成模拟音频信号后输出给喇叭。
2.如权利要求1所述的听力保护方法，其特征在于，所述采用DRC算法，限制音量调节后的数字音频信号的幅度小于声音强度阈值的步骤包括以下步骤：
读取预存的DRC参数；
对输入的数字音频信号进行幅度检测；
判断所述输入的数字音频信号的幅度是否达到所述声音强度阈值，是则根据DRC参数，自适应计算增益，将所述增益与所述输入的数字音频信号相乘，得到输出的数字音频信号，之后执行所述将数字音频信号转换成模拟音频信号后输出给喇叭的步骤，否则直接执行所述将数字音频信号转换成模拟音频信号后输出给喇叭的步骤。
3.如权利要求2所述的听力保护方法，其特征在于，所述方法在所述根据DRC参数，自适应计算增益，将所述增益与所述输入的数字音频信号相乘，得到输出的数字音频信号的步骤、以及所述将数字音频信号转换成模拟音频信号后输出给喇叭的步骤之间，还包括以下步骤：
启动DRC算法中的反削波控制算法，利用斜率滤波器对输出的数字音频信号进行反削波处理。
4.如权利要求1至3任一项所述的听力保护方法，其特征在于，所述声音强度阈值为85dB，所述DRC参数至少包括门限值、压缩时间、释放时间；
若所述喇叭的阻抗是16欧姆，所述门限值是-15dB，若所述喇叭的阻抗是32欧姆，所述门限值是-10dB；
所述压缩时间的设置范围是0.02毫秒～10毫秒；
所述释放时间的设置范围是1毫秒～5000毫秒。
5.如权利要求1至3任一项所述的听力保护方法，其特征在于，在所述采用DRC算法，限制音量调节后的数字音频信号的幅度小于声音强度阈值的步骤之前，所述方法还包括以下步骤：
接收蓝牙终端设备发送的听力保护开/关指令，若所述听力保护开/关指令是听力保护开指令，则在执行完所述对译码得到的数字音频信号进行数据元整体音量调节的步骤之后执行所述采用DRC算法，限制音量调节后的数字音频信号的幅度小于声音强度阈值的步骤，若所述听力保护开/关指令是听力保护关指令，则在执行完所述对译码得到的数字音频信号进行数据元整体音量调节的步骤之后执行所述将数字音频信号转换成模拟音频信号后输出给喇叭的步骤。
6.一种听力保护***，其特征在于，所述***包括：
数据处理模块，用于对蓝牙终端设备发送的音频数据进行译码处理；
音量调节模块，用于对所述数据处理模块译码得到的数字音频信号进行数据元整体音量调节；
听力保护模块，用于采用DRC算法，限制所述音量调节模块输出的数字音频信号的幅度小于声音强度阈值；
数/模转换模块，用于将数字音频信号转换成模拟音频信号后输出给喇叭。
7.如权利要求6所述的听力保护***，其特征在于，所述听力保护模块包括：
读取子模块，用于读取预存的DRC参数；
幅度检测子模块，用于对输入的数字音频信号进行幅度检测；
判断子模块，用于判断所述输入的数字音频信号的幅度是否达到所述声音强度阈值；
调节子模块，用于当所述判断子模块判断所述输入的数字音频信号的幅度达到所述声音强度阈值时，根据DRC参数，自适应计算增益，将增益与输入的数字音频信号相乘，得到输出的数字音频信号；
所述数/模转换模用于当所述判断子模块判断所述输入的数字音频信号的幅度没有达到所述声音强度阈值时、或者当所述调节子模块执行完毕后，将数字音频信号转换成模拟音频信号后输出给喇叭。
8.如权利要求6所述的听力保护***，其特征在于，所述***还包括：
指令接收模块，用于接收蓝牙终端设备发送的听力保护开/关指令，若所述听力保护开/关指令是听力保护开指令，则所述音量调节模块执行完毕后启动所述听力保护模块继续执行，若所述听力保护开/关指令是听力保护关指令，则所述音量调节模块执行完毕后启动所述数/模转换模块继续执行。
9.一种存储装置，其特征在于，所述存储装置上存储有执行指令，所述执行指令被处理器执行时实现如权利要求1至3任一项所述的听力保护方法的步骤。
10.一种蓝牙耳机，包括喇叭、以及听力保护***，其特征在于，所述听力保护***是如权利要求6至8任一项所述的听力保护***。
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