CN113038345B - 一种在采集音频过程中优化音频信号的*** - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种在采集音频过程中优化音频信号的***，包括：数模转换器DAC,用于将接收到的音频数字信号转化成模拟信号并输出给功率放大器；与数模转换器DAC连接的功率放大器，用于接收数模转换器DAC输出端的模拟信号以最大功率输出；连接功率放大器与喇叭之间的分压和滤波模块，所述分压和滤波模块用于先通过分压使功率放大器输出端发出的信号的电平降低至电平预定的标准范围，再根据麦克风的频率响应，设计将所述的麦克风频率响应以外的信号滤除；与分压和滤波模块连接的模数转换器ADC，用于将通过分压和滤波模块后的信号转换为数字信号。

Description

一种在采集音频过程中优化音频信号的***
技术领域
本申请涉及音频处理技术领域，特别涉及一种在采集音频过程中优化音 频信号的***。
背景技术
在人工智能音频入口及实时通话音频领域，音频***需同时放音和录 音，那么录音就会同时录进当前***放出的声音，而这部分被录进又放出的 音声则构成“回声”。为了提高音频质量，***需采集回声信号，并从录音 信号中消除。即对录音信号进行消除回声处理。此外，在本技术领域常会涉 及DAC：数字转模拟芯片，它是将数字信号输入转化成模拟信号输出的芯片； 以及ADC：模拟转数字芯片，它是将模拟信号输入转化成数字信号输出的芯 片。
目前的消除回声***设计，音频处理器对录音信号和放音信号进行频谱 分析，分析响应强度和频谱分布，由此去设计数字滤波器，这个数字滤波器 根据两个信号的对比实时的改变，让讲话者声音频谱通过，对背景噪声即放 音的频谱进行抑制，降低其能量，达到抑制回声的效果。即当有人讲话的时 候，音频处理器做信号分析，分析出讲话者的频谱，从而抑制回声。
但在目前的消除回声***设计上，回声采集部分一般都是在放音信号的 原始音频数字信号阶段完成，音频处理器对放音信号的原始音频数字信号的 频谱和录音信号对比分析处理。但事实上原始音频数字信号经过DAC以及放 大器，再由喇叭播出后再被麦克风录入采样，实际录入麦克风的放音信号的 频谱已经发生改变。那么，根据放音信号的原始音频数字信号的频谱设计的 数字滤波器去处理，就会将讲话者的声音频谱改变，声音失真。
使用这种消除回声的方式采集的放音信号，与实际录入的回声信号在频 谱上存在的差异，导致回声消除处理时效率低下，造成麦克风录入的有效信 号的损失。
技术内容
为了解决上述问题，本申请提供一种在采集音频过程中优化音频信号的 ***，包括：
数模转换器DAC,用于将接收到的音频数字信号转化成模拟信号并输出给 功率放大器；
与数模转换器DAC连接的功率放大器，用于接收数模转换器DAC输出端的 模拟信号以最大功率输出；
连接功率放大器与喇叭之间的分压和滤波模块，所述分压和滤波模块用于 先通过分压使功率放大器输出端发出的信号的电平降低至电平预定的标 准范围，再根据麦克风的频率响应，设计将所述的麦克风频率响应以外的 信号滤除；
与分压和滤波模块连接的模数转换器ADC，用于将通过分压和滤波模块后 的信号转换为数字信号。
所述分压和滤波模块包括分压器和滤波器，所述的分压器位于所述的滤 波器之前以对所获得的信号的电平进行分压。
所述的预定的标准范围是符合模数转换器ADC的电平标准范围。
所述的分压器至少包括二个分压电阻，分别为第一分压电阻(R2)和第 二分压电阻(R4)，根据
Figure BDA0002308860000000021
计算得出第一分压电阻(R2)、第二分压 电阻(R4)的合适的两个电阻值；其中，VO+为放音信号的电平值；VADC为模 数转换器ADC的合适电平值；R2为第一分压电阻的电阻值，R4为第二分压电 阻的电阻值。
所述的VO+通常电压幅度为5V；根据模数转换器ADC采样电压范围，应 使电压幅度VADC降低至1V；计算得出R2、R4分别可选择6.8KΩ和1.8KΩ合 适电阻值。
所述的滤波器包括RC低通滤波器和/或RC高通滤波器。
所述的RC低通滤波器通过设计第三电阻(R3)和第一电容(C6)构成， 用于进行低通滤波；所述的RC高通滤波器通过设计第三电阻(R3)和第二电 容(C5)构成，用于进行高通滤波。
所述麦克风的频率响应范围不会超过20Hz～10KHz以外；最后还需经过 隔直电容(C5)去掉直流电平，再进入第二模数转换器ADC进行采样。
根据截止频率计算公式
Figure BDA0002308860000000031
得出R3和C6分别取6.8KΩ电阻和 2.2nF合适电容，滤除高于截止频率为9.6kHz的信号；同时根据截止频率计 算公式
Figure BDA0002308860000000032
得出合适的电阻值和合适的电容值，将低于截止频率为 21.1Hz的信号滤除。
附图说明
图1是现有技术中涉及现有***的框图示意图。
图2是本申请的实施例的框图示意图。
图3是本申请的实施例涉及的***的电路图。
具体实施方式
如图1所示，目前的消除回声的设计，音频处理器对录音信号和放音信 号进行频谱分析，分析响应强度和频谱分布，由此去设计数字滤波器，这个 数字滤波器根据两个信号的对比实时的改变，让讲话者声音频谱通过，对背 景噪声即放音的频谱进行抑制，降低其能量，达到抑制回声的效果。即当有 人讲话的时候，音频处理器做信号分析，分析出讲话者的频谱，从而抑制回 声。
而本申请涉及的新的消除回音提高音频质量的***，如图2所示，所述 的***包括：
数模转换器DAC,用于将接收到的音频数字信号转化成模拟信号并输出给功 率放大器；
与数模转换器DAC连接的功率放大器，用于接收数模转换器DAC输出端的模 拟信号以最大功率输出；
连接功率放大器与喇叭之间的分压和滤波模块，所述分压和滤波模块用于先 通过分压使功率放大器输出端发出的信号的电平降低至电平预定的标准范 围，再根据麦克风的频率响应，设计将所述的麦克风频率响应以外的信号滤 除；
与分压和滤波模块连接的模数转换器ADC，用于将通过分压和滤波模块后的 信号转换为数字信号。
所述分压和滤波模块包括分压器和滤波器，所述的分压器位于所述的滤 波器之前以对所获得的信号的电平进行分压。所述的预定的标准范围是符合 模数转换器ADC的电平标准范围。
新的消除回声方法，在喇叭前端采集的放音信号，其频谱与喇叭声音频 谱一致，先通过分压使信号的电平降低至符合ADC芯片的电平标准范围，再 根据麦克风的频率响应，设计滤波器将麦克风频率响应以外的信号滤除。此 时的采集的放音信号与实际录入的回声信号频谱上基本一致，根据此时采集 的信号，设计的数字滤波器，可以更高效消除录音信号中的回声信号，避免 了因频谱差异导致数字滤波器该变讲话者的声音谱，声音失真。
如图3所示的电路中，在功率放大器的后端，喇叭的前端采集放音信号VO+，其电压幅度约5V，根据模数转换器ADC采样电压范围，应使电压幅度降 低至1V左右，通过分压电阻R2和R4对VO+进行分压，如图3，根据
Figure RE-GDA0002394301880000021
计算得出R2、R4分别选择6.8KΩ和1.8KΩ电阻合适。又由于一般麦克风的频 率响应范围不会超过20Hz～10KHz以外，设计通过电阻R3和电容C6构成的RC低 通滤波器进行低通滤波，通过该截止频率计算公式
Figure RE-GDA0002394301880000022
得出R3和C6分 别取6.8KΩ电阻和2.2nF电容合适，滤除高于该截止频率约9.6kHz的信号。 又因为ADC芯片采样是采集变化的电压，而直流在频谱上是0Hz，对采集没有 意义。最后还需经过隔直电容C5(一般选择大于1uF的电容)去掉直流电平， 再进入ADC进行采样。
事实上C5与R3构成了RC高通滤波器，同样可根据截止频率计算公式
Figure RE-GDA0002394301880000023
得出，可以将低于该截止频率约21.1Hz的信号滤除。

Claims (1)

1.一种在采集音频过程中优化音频信号的***，其特征在于，包括：
数模转换器DAC, 用于将接收到的音频数字信号转化成模拟信号并输出给功率放大器；
与数模转换器DAC连接的功率放大器，用于接收数模转换器DAC输出端的模拟信号以最大功率输出；
连接功率放大器与喇叭之间的分压和滤波模块，所述分压和滤波模块用于先通过分压使功率放大器输出端发出的信号的电平降低至电平预定的标准范围，再根据麦克风的频率响应，设计将所述的麦克风频率响应以外的信号滤除；
与分压和滤波模块连接的模数转换器ADC，用于将通过分压和滤波模块后的信号转换为数字信号；
所述分压和滤波模块包括分压器和滤波器，所述的分压器位于所述的滤波器之前以对所获得的信号的电平进行分压；
所述的预定的标准范围是符合模数转换器ADC的电平标准范围；
所述的分压器至少包括二个分压电阻，分别为第一分压电阻R2和第二分压电阻R4，根据
Figure 399853DEST_PATH_IMAGE001
计算得出第一分压电阻R2、第二分压电阻R4的合适的两个电阻值；其中，VO+为放音信号的电平值；VADC为模数转换器ADC的合适电平值；R2为第一分压电阻的电阻值，R4为第二分压电阻的电阻值；
所述的VO+通常电压幅度为5V；根据模数转换器ADC采样电压范围，应使电压幅度VADC降低至1V；计算得出R2、R4分别选择6.8KΩ和1.8KΩ合适电阻值；
所述的滤波器包括RC低通滤波器和/或RC高通滤波器;
所述的RC低通滤波器通过设计第三电阻R3和第一电容C6构成，用于进行低通滤波；所述的RC高通滤波器通过设计第三电阻R3和第二电容C5构成，用于进行高通滤波；
所述麦克风的频率响应范围不会超过20Hz~10KHz以外；最后还需经过隔直电容C5去掉直流电平，再进入第二模数转换器ADC进行采样,所述第二电容C5与所述隔直电容C5为同一电容。
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