CN108470569B - 一种音频跟随装置及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种音频跟随装置及其实现方法，方法包括：当音频跟随装置处于学习模式时，获取目标机器的目标输出参数，并获取音频跟随装置的初始输出参数；不断调整数字信号处理器中的自适应滤波器的滤波系数，直到调整后的音频跟随装置的输出参数与目标输出参数相同，保存对应的自适应滤波器的滤波参数；当音频跟随装置处于工作模式时，将调整后的音频跟随装置的输入端与外部音频信号连接，音频跟随装置的输出端与功放连接，进行音频播放。本发明实施例可以将目标机器的良好特性移植到新产品上，节约工程师的设计时间，采用数字信号处理器代替传统的硬件，节约成本，简化了加工工艺。
Description
技术领域
本发明涉及音频数字信号处理技术领域，尤其涉及一种音频跟随装置及其实现方法。
背景技术
现有技术中，在音频领域，经常会遇到两台音频装置测出来的常用指标，例如信噪比，谐波失真以及频率响应等，都相同。但是在音色上，却有很大的不同，甚至同样的音频装置焊错一个电子元器件或者在设计电路板的时候有一个元器件稍微挪了一点位置，都会在音色上带来不小的差异。正是因为音频装置这种无法完全用硬性指标来体现该产品的特性，好产品的特性都难以被移植到新产品上，即使移植了之后新产品的性能仍然有缺陷，音频装置生产后的性能较差，为用户使用也带来不便。
发明内容
针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种音频跟随装置及其实现方法，能够解决现有技术中音频装置生产过程中，产品的性能可移植性差，的技术问题。
本发明实施例的第一方面提供一种音频跟随装置，包括：
模拟数字转换器、数字信号处理器、存储器、微控制器和数字模拟转换器，所述数字信号处理器分别与所述模拟数字转换器、存储器、微控制器和数字模拟转换器连接；
所述模拟数字转换器用于把接收到的模拟音频信号转换为数字音频信号，传输至数字信号处理器；
所述数字信号处理器用于将收到的数字音频信号进行滤波处理后，发送至数字模拟转换器；
所述数字模拟转换器将滤波处理后的数字音频信号转换成模拟音频后输出；
所述存储器用于存储音频跟随装置的初始数据；
所述微控制器用于对音频跟随装置的模式进行切换和控制，并存储滤波数据。
优选地，所述音频跟随装置有两种运行模式，所述两种运行模式为学习模式和工作模式。
优选地，所述数字信号处理器还用于获取在学习模式下计算得到的滤波器系数生成自适应滤波器，调整自适应滤波器的滤波器系数，直至所述音频跟随装置的输出参数与目标机器的目标输出参数相同。
优选地，所述初始数据包括初始参数和初始代码，所述初始参数为音频跟随装置的初始输出参数，所述初始代码为数字信号处理器的初始化代码及配置数字信号处理器的硬件的配置代码。
优选地，所述滤波数据包括关键代码和关键参数，所述关键代码为学习模式下的测试输出参数的测试代码、计算滤波器系数的计算代码以及正常模式下实现滤波的滤波代码，关键参数为在学习模式下计算的滤波器参数。
本发明实施例第二方面提供了一种音频跟随装置的实现方法，包括：
当音频跟随装置处于学习模式时，获取目标机器的目标输出参数，并获取音频跟随装置的初始输出参数；
不断调整数字信号处理器中的自适应滤波器的滤波系数，直到调整后的音频跟随装置的输出参数与目标输出参数相同，保存对应的自适应滤波器的滤波参数；
当音频跟随装置处于工作模式时，将调整后的音频跟随装置的输入端与外部音频信号连接，音频跟随装置的输出端与功放连接，进行音频播放。
优选地，所述获取目标机器的目标输出参数，包括：
预先设置音频跟随装置的输出端与目标机器的输入端连接，目标机器的输出端与音频跟随装置的输入端连接；
数字信号处理器产生内部音频信号，将内部音频信号输出至目标机器；
音频跟随装置的输入端记录经过目标机器的第一音频信号，将经过目标机器的音频信号与数字信号处理器产生的音频信号进行对比和分析，提取出目标机器的目标输出参数并保存。
优选地，所述获取音频跟随装置的初始输出参数，包括：
预先设置音频跟随装置的输出端与音频跟随装置的输入端连接；
数字信号处理器产生内部音频信号，将内部音频信号输出至音频跟随装置的输入端；
音频跟随装置的输入端记录音频信号输出端输出的第二音频信号，根据第二音频信号计算音频跟随装置的初始输出参数。
优选地，所述目标输出参数包括目标机器的信噪比、谐波失真、动态范围、频率响应、相频响应、包络以及传递函数。
优选地，所述初始输出参数包括音频跟随装置的信噪比、谐波失真、动态范围、频率响应、相频响应、包络以及传递函数。
本发明实施例提供的技术方案中，当音频跟随装置处于学习模式时，获取目标机器的目标输出参数，并获取音频跟随装置的初始输出参数；不断调整数字信号处理器中的自适应滤波器的滤波系数，直到调整后的音频跟随装置的输出参数与目标输出参数相同，保存对应的自适应滤波器的滤波参数；当音频跟随装置处于工作模式时，将调整后的音频跟随装置的输入端与外部音频信号连接，音频跟随装置的输出端与功放连接，进行音频播放。因此相对于现有技术，本发明实施例可实现将目标机器的良好特性移植到新产品上，节约工程师的设计时间，采用数字信号处理器代替传统的硬件，节约成本，简化了加工工艺，音频跟随装置的功耗减小，节约能源。
附图说明
图1为本发明实施例中一种音频跟随装置的一实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例中一种音频跟随装置的实现方法的另一实施例的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1为本发明实施例中一种音频跟随装置的一个实施例的结构示意图。如图1所示，音频跟随装置1包括模拟数字转换器100、数字信号处理器200、存储器300、微控制器400和数字模拟转换器500，数字信号处理器分别与模拟数字转换器、存储器、微控制器和数字模拟转换器连接；
模拟数字转换器100用于把接收到的模拟音频信号转换为数字音频信号，传输至数字信号处理器；数字信号处理器200用于将收到的数字音频信号进行滤波处理后，发送至数字模拟转换器；数字模拟转换器500将滤波处理后的数字音频信号转换成模拟音频后输出；存储器300用于存储音频跟随装置的初始数据；微控制器400用于对音频跟随装置的模式进行切换和控制，并存储滤波数据。
具体地，模拟数字转换器(Analog-to-Digital Converter，英文缩写为ADC)把接收到的模拟音频信号转换为数字信号，传输到数字信号处理器(Digital SignalProcessing，缩写英文为DSP)处理。数字信号处理器DSP把处理完的数字音频信号传输到数字模拟转换器(Digital to analog converter，英文缩写为DAC)。其中，数字信号处理器DSP还接有闪速存储器Flash和单片机MCU。数字音频处理器中还设置有信号发生器，用于产生用于测试用的内部音频信号。
优选地，音频跟随装置有两种运行模式，两种运行模式为学习模式和工作模式。数字信号处理器还用于获取在学习模式下计算得到的滤波器系数生成自适应滤波器，调整自适应滤波器的滤波器系数，直至音频跟随装置的输出参数与目标机器的目标输出参数相同。
具体地，学习模式用于获取目标机器的目标输出参数，并获取音频跟随装置的初始输出参数，不断调整数字信号处理器中的自适应滤波器的滤波系数，直到调整后的音频跟随装置的输出参数与目标输出参数相同，保存对应的自适应滤波器的滤波参数。工作模式用于将调整后的音频跟随装置的输入端与外部音频信号连接，音频跟随装置的输出端与功放连接，进行音频播放。
优选地，初始数据包括初始参数和初始代码，初始参数为音频跟随装置的初始输出参数，初始代码为数字信号处理器的初始化代码及配置数字信号处理器的硬件的配置代码。
具体实施时，初始数据音频跟随装置直通时，音频跟随装置本身的初始输出参数，例如信噪比、谐波失真、动态范围、频率响应、相频响应。该存储代码具体的功能是初始化DSP的初始化代码，以及配置DSP的硬件上外设的配置代码。
优选地，滤波数据包括关键代码和关键参数，所述关键代码为学习模式下的测试输出参数的测试代码、计算滤波器系数的计算代码以及正常模式下实现滤波的滤波代码，关键参数为在学习模式下计算的滤波器参数。
具体地，滤波数据包括关键代码和关键参数，关键代码是学习模式时测试其他机器参数以及计算滤波器系数的代码，和正常工作模式时实现滤波的代码。关键参数是不同机器的不同设置下计算出来的滤波器参数。
请参阅图2，图2为本发明实施例中一种音频跟随装置的实现方法的另一实施例的流程示意图。如图2所示，本发明实施例的音频跟随装置的实现方法，包括：
步骤S100、当音频跟随装置处于学习模式时，获取目标机器的目标输出参数，并获取音频跟随装置的初始输出参数；
步骤S200、不断调整数字信号处理器中的自适应滤波器的滤波系数，直到调整后的音频跟随装置的输出参数与目标输出参数相同，保存对应的自适应滤波器的滤波参数；
步骤S300、当音频跟随装置处于工作模式时，将调整后的音频跟随装置的输入端与外部音频信号连接，音频跟随装置的输出端与功放连接，进行音频播放。
具体实施时，初始输出参数包括音频跟随装置的信噪比、谐波失真、动态范围、频率响应、相频响应、包络以及传递函数。目标输出参数包括目标机器的信噪比、谐波失真、动态范围、频率响应、相频响应、包络以及传递函数。
接着，在音频跟随装置的数字信号处理器(DSP)加上一个辅助的滤波器，用于修改音色。该滤波器的设计采取逐步逼近的方法，不断地调整滤波器的系数，直到整个音频跟随装置的特性跟目标机器的特性基本一样。通过自适应算法调整滤波器的系数。例如，某个频点的频率响应比机器的高了1.5dB。在设计辅助滤波器的时候就会特意把该频点的频率响应拉低1.5dB。一个频点计算完后，再计算下一个频点，然后去无限逼近目标机器的频率响应。频率响应计算方式：通过音频跟随装置DSP内部的信号发生器产生一个0dB的扫频信号，输出到目标机器的输入，并且把目标机器的输出接回音频跟随装置的输入。音频跟随装置DSP内部会有一个正弦波均方根(Root Mean Square，英文缩写为)检测模块，把目标机器对应的各个频点的RMS电平记录并保存下来。在此之前，音频跟随装置直通时的频率响应的参数就已经保存的Flash里面。通过对应频点电平值求差，就可以分析出目标机器的频率响应跟音频跟随装置直通时的差别在哪些频率点上。
把外部音源信号接到音频跟随装置的输入端，音频跟随装置的输出端接到功放，音箱。音频跟随装置内部将学习模式下最终计算出来的辅助滤波器添加到正常模式中，并且保存下来。这样，输入信号经过音频跟随装置的数字信号处理器DSP处理后就可以跟原来的机器音色各方面基本一致。
优选地，获取目标机器的目标输出参数，包括：
预先设置音频跟随装置的输出端与目标机器的输入端连接，目标机器的输出端与音频跟随装置的输入端连接；
数字信号处理器产生内部音频信号，将内部音频信号输出至目标机器；
音频跟随装置的输入端记录经过目标机器的第一音频信号，将经过目标机器的音频信号与数字信号处理器产生的音频信号进行对比和分析，提取出目标机器的目标输出参数并保存。
具体实施时，内部音频信号包括粉红噪声和扫频信号。产生方式：音频跟随装置里面的MCU可以给DSP发一条命令，使得DSP产生粉红噪声。粉红噪声的频率分量功率主要分布在中低频段。粉红噪音是一个具有功率谱密度与频率成反比的频谱的信号或过程。扫频信号的频率范围是20Hz～20kHz。将音频跟随装置的输出端接到目标机器的输入端，再将目标机器的输出端接回到音频跟随装置的输入端。并且由音频跟随装置内部的信号发生器产生音频信号输出到目标机器。同时，音频跟随装置的输入端，把经过目标机器的第一音频信号记录下来。然后，音频跟随装置把目标机器的信号跟经过自身的信号进行比对和分析。提取出目标机器的信噪比、谐波失真、动态范围、频率响应、相频响应、包络以及传递函数等特性，并且保存起来。
优选地，获取目标机器的目标输出参数，包括：
预先设置音频跟随装置的输出端与目标机器的输入端连接，目标机器的输出端与音频跟随装置的输入端连接；
数字信号处理器产生内部音频信号，将内部音频信号输出至目标机器；
音频跟随装置的输入端记录经过目标机器的第一音频信号，将经过目标机器的音频信号与数字信号处理器产生的音频信号进行对比和分析，提取出目标机器的目标输出参数并保存。
具体实施时，将音频跟随装置的输出端接到音频跟随装置的输入端。并且由音频跟随装置内部的信号发生器产生内部音频信号输出端到音频跟随装置的输入端。同时，音频跟随装置的输入端，把输出端输出的第二音频信号记录下来，并且计算音频跟随装置的信噪比、谐波失真、动态范围、频率响应、相频响应、包络以及传递函数等特性。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种音频跟随装置，其特征在于，包括模拟数字转换器、数字信号处理器、存储器、微控制器和数字模拟转换器，所述数字信号处理器分别与所述模拟数字转换器、存储器、微控制器和数字模拟转换器连接；
所述模拟数字转换器用于把接收到的模拟音频信号转换为数字音频信号，传输至数字信号处理器；所述数字信号处理器用于将收到的数字音频信号进行滤波处理后，发送至数字模拟转换器；
所述数字模拟转换器将滤波处理后的数字音频信号转换成模拟音频后输出；
所述存储器用于存储音频跟随装置的初始数据；
所述微控制器用于对音频跟随装置的模式进行切换和控制，并存储滤波数据；
所述的音频跟随装置的实现方法，包括：
当音频跟随装置处于学习模式时，获取目标机器的目标输出参数，并获取音频跟随装置的初始输出参数；
不断调整数字信号处理器中的自适应滤波器的滤波系数，直到调整后的音频跟随装置的输出参数与目标输出参数相同，保存对应的自适应滤波器的滤波参数；
当音频跟随装置处于工作模式时，将调整后的音频跟随装置的输入端与外部音频信号连接，音频跟随装置的输出端与功放连接，进行音频播放；
所述获取音频跟随装置的初始输出参数，包括：
预先设置音频跟随装置的输出端与音频跟随装置的输入端连接；
数字信号处理器产生内部音频信号，将内部音频信号输出至音频跟随装置的输入端；
音频跟随装置的输入端记录音频信号输出端输出的第二音频信号，根据第二音频信号计算音频跟随装置的初始输出参数。
2.根据权利要求1所述的音频跟随装置，其特征在于，所述音频跟随装置有两种运行模式，所述两种运行模式为学习模式和工作模式。
3.根据权利要求2所述的音频跟随装置，其特征在于，所述数字信号处理器还用于获取在学习模式下计算得到的滤波器系数生成自适应滤波器，调整自适应滤波器的滤波器系数，直至所述音频跟随装置的输出参数与目标机器的目标输出参数相同。
4.根据权利要求3所述的音频跟随装置，其特征在于，所述初始数据包括初始参数和初始代码，所述初始参数为音频跟随装置的初始输出参数，所述初始代码为数字信号处理器的初始化代码及配置数字信号处理器的硬件的配置代码。
5.根据权利要求4所述的音频跟随装置，其特征在于，所述滤波数据包括关键代码和关键参数，所述关键代码为学习模式下的测试输出参数的测试代码、计算滤波器系数的计算代码以及正常模式下实现滤波的滤波代码，关键参数为在学习模式下计算的滤波器参数。
6.根据权利要求1所述的音频跟随装置，其特征在于，所述获取目标机器的目标输出参数，包括：预先设置音频跟随装置的输出端与目标机器的输入端连接，目标机器的输出端与音频跟随装置的输入端连接；
数字信号处理器产生内部音频信号，将内部音频信号输出至目标机器；
音频跟随装置的输入端记录经过目标机器的第一音频信号，将经过目标机器的音频信号与数字信号处理器产生的音频信号进行对比和分析，提取出目标机器的目标输出参数并保存。
7.根据权利要求1所述的音频跟随装置，其特征在于，所述目标输出参数包括目标机器的信噪比、谐波失真、动态范围、频率响应、相频响应、包络以及传递函数。
8.根据权利要求7所述的音频跟随装置，其特征在于，所述初始输出参数包括音频跟随装置的信噪比、谐波失真、动态范围、频率响应、相频响应、包络以及传递函数。
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