本发明涉及语音识别与音频信号处理，特别涉及一种具备自适应门限调节能力的超低功耗语音唤醒系统。
背景技术：
1、近年来，随着智能家居、可穿戴设备等领域的迅速发展，语音激活技术已成为便携式电子设备（如智能手表、蓝牙耳机、遥控器等）中的关键组成部分。为降低系统功耗并延长电池续航时间，始终保持监听但功耗极低的唤醒电路受到了广泛研究与实际应用。当前语音唤醒系统多采用固定声压阈值法，该方法基于环境噪声幅值预先设定固定声压阈值，仅当输入信号超过该阈值时，系统才被触发进入唤醒状态。这类技术通常通过模拟门限检测或比较器电路实现，在工作时仅维持低功耗的触发器模块运行，而主麦克风电路处于断电状态（例如专利文献《语音活动检测方法及其系统》（申请号cn105810201a）所描述的固定门限语音唤醒方案）。然而，基于固定门限的唤醒方法存在以下显著缺陷：
2、首先，其缺乏环境适应能力。固定的声压阈值无法根据环境噪声变化进行自适应调整。在噪声较强的场景中，系统易发生误唤醒；而在极为安静的环境中，则可能出现漏唤醒，导致用户体验不稳定。例如，在交通噪声较大的环境下，固定阈值可能引发频繁误触发；而在安静的办公场所，系统却难以识别有效的语音指令。
3、其次，现有方案在功耗方面仍存在不足。尽管在休眠模式下系统功耗较低，但在唤醒及声音监听阶段仍需保持主系统工作，造成整体能耗较高。尤其是在持续监听状态下，难以实现长时间待机。例如，专利《实时语音唤醒的音频设备、运行方法、装置及存储介质》（cn110312235a）提出的唤醒系统需维持高灵敏度监听，在复杂噪声环境中尤为耗电。
4、最后，现有技术难以在兼顾环境适应性与功耗的同时实现智能判决。目前方案大多基于简单的声压检测，未能引入频域分析、包络检测或特征提取等智能判断机制，导致系统无法有效区分背景噪声与目标语音信号，识别准确度有限。在复杂声学环境下，可能出现对人声识别不准确的问题。
5、综上所述，现有固定声压阈值唤醒方案在多种应用场景中仍存在误唤醒、漏唤醒、功耗偏高、响应迟缓等不足。因此，亟需一种能够根据环境噪声动态调节门限的机制，在维持极低功耗的前提下实现精准的语音唤醒，从而提升语音唤醒系统的可靠性及用户体验。
技术实现思路
1、针对现有语音唤醒技术中存在的固定声压阈值所导致的环境适应性弱、误唤醒与漏唤醒现象频发、以及功耗较高等问题，本发明提出一种具备自适应门限调节能力的超低功耗语音唤醒系统，超低功耗语音唤醒系统包括输入声音处理模块与能量趋势检测模块、自适应控制模块和门限判断与唤醒输出模块，所述输入声音处理模块与能量趋势检测模块包括可编程放大器、带通滤波器、全波整流器和低通滤波器；
2、超低功耗语音唤醒系统工作流程包括：
3、输入声音处理模块与能量趋势检测模块监听并接收来自麦克风的音频信号x(t)，输出当前帧的包络信号en(t)；
4、自适应控制模块根据包络信号en(t)对可编程放大器的增益gain进行更新；
5、可编程放大器采用更新后的增益gain对音频信号x(t)进行放大得到信号x’’(t)，信号x’’(t)经过带通滤波器得到信号v’bpf(t)；
6、门限判断与唤醒输出模块根据包络信号en(t)自适应调节唤醒门限threshold，将调节后的唤醒门限threshold与信号v’bpf(t)进行比较，若信号v’bpf(t)大于调节后的唤醒门限threshold，且满足最小持续消抖时间，则产生一个单周期或预设宽度有效的唤醒标志数字信号，用以触发主系统从休眠状态切换至高性能语音处理状态。
7、本发明的有益效果：
8、本发明通过自适应控制模块精细调整可编程放大器的增益，辅助实现唤醒门限动态调节，解决了现有固定声压阈值方案无法根据环境噪声变化自动调节唤醒门限的问题。
9、本发明设计门限判定与唤醒输出模块实时更新唤醒门限，精准判断有效语音信号与背景噪声之间的差异，有效提升了抗干扰能力，避免了由于固定声压阈值带来的误判和延迟，提高了语音识别的准确性和实时性。
10、本发明采用模块化设计，其所有核心功能模块均可灵活配置，适配多样化的硬件平台，并支持通过i2c接口或芯片引脚实现灵活集成。该设计不仅显著提升了系统的适应性与兼容性，还使本发明得以广泛应用于各类智能设备，有效降低了开发成本与周期。
1.一种具备自适应门限调节能力的超低功耗语音唤醒系统，其特征在于，包括输入声音处理模块与能量趋势检测模块、自适应控制模块和门限判断与唤醒输出模块，所述输入声音处理模块与能量趋势检测模块包括可编程放大器、带通滤波器、全波整流器和低通滤波器；
2.根据权利要求1所述的一种具备自适应门限调节能力的超低功耗语音唤醒系统，其特征在于，所述输入声音处理模块与能量趋势检测模块的处理过程包括：
3.根据权利要求2所述的一种具备自适应门限调节能力的超低功耗语音唤醒系统，其特征在于，包络信号en(t) 按固定帧长 tframe进行更新，每次更新采用指数滑动平均法实现，表示为：
4.根据权利要求1所述的一种具备自适应门限调节能力的超低功耗语音唤醒系统，其特征在于，所述自适应控制模块的工作过程包括：
5.根据权利要求4所述的一种具备自适应门限调节能力的超低功耗语音唤醒系统，其特征在于，窗口比较器根据当前帧的包络信号en(t)与预设固定参考声压级eset间的关系来判断背景噪声的变化趋势，并输出当前帧的趋势信号trendn，其处理过程包括：
6.根据权利要求1所述的一种具备自适应门限调节能力的超低功耗语音唤醒系统，其特征在于，门限判断与唤醒输出模块根据包络信号en(t)自适应调节唤醒门限threshold包括：