本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种扬声器输出控制方法及系统。
背景技术：
扬声器，是一种把电信号转变为声信号的换能器件，扬声器的性能优劣对音质的影响很大。随着智能手机、笔记本电脑、平板电脑等便携式多媒体设备的普及，对扬声器尺寸的限制越来越大。
扬声器的输出信号中的低频成分在听觉感知中起着重要作用。低频成分的缺失会使声音听起来苍白并且单薄无力。
为了提升小型扬声器的低频表现，现有技术中出现了低音增强方法，但是，现有的低音增强方法存在着安全性差且输出信号质量差的问题。
技术实现要素：
本发明实施例解决的技术问题是提高扬声器工作的安全性和输出的音频信号质量。
为解决上述问题，本发明实施例提供了一种扬声器输出控制方法，所述方法包括：获取输入的音频信号对应的输入数字信号；将所述输入数字信号进行低音增强处理，得到低音增强后的第一数字信号；对所述低音增强后的第一数字信号进行增益控制，以将所述扬声器的结构参数控制在预设的工作范围内，得到对应的第二数字信号；将所述第二数字信号进行模数转换，得到对应的模拟信号；将所得到的模拟信号按照预设的放大倍数进行放大并输出至所述扬声器。
可选地，所述将所述输入数字信号进行低音增强处理，包括：将所述输入数字信号进行低通滤波处理，得到对应的所述输入数字信号的低频成分；对所述输入数字信号的低频成分进行谐波处理，产生对应的高频谐波信号；基于预设的低音传递函数，将所产生的高频谐波信号调节为对应的低音信号；将所述低音信号与所述输入数字信号的延迟信号进行叠加，得到所述低音增强后的第一数字信号。
可选地，所述对所述低音增强后的第一数字信号进行增益控制，包括：对所述低音增强后的第一数字信号进行缓冲处理，得到对应的缓冲信号；基于所述缓冲信号的电压和所述扬声器的功率放大器的最大允许电压，计算得到对所述缓冲信号的信号幅度进行控制的信号增益系数；基于所述缓冲信号的产生的振膜位移和所述扬声器的最大允许振膜位移，计算得到对所述缓冲信号产生的振膜位移进行控制的振膜位移增益系数；基于所述信号增益系数和所述振膜位移增益系数，计算得到所述缓冲信号的最终增益系数；采用所述最终增益系数对所述缓冲信号进行增益调节。
可选地，所述基于所述信号增益系数和所述振膜位移增益系数，计算得到所述缓冲信号的最终增益系数，包括：gtot(n)＝min(gs(n),gx(n))，其中，gtot(n)表示当前时刻所述缓冲信号的最终增益系数，gs(n)表示所述信号增益系数，gx(n)表示所述位移增益系数。
本发明实施例还提供了一种扬声器输出控制系统，包括：获取单元，适于获取输入的音频信号对应的输入数字信号；低音增强单元，适于将所述输入数字信号进行低音增强处理，得到低音增强后的第一数字信号；增益控制单元，适于对所述低音增强后的第一数字信号进行增益控制，以将所述扬声器的结构参数控制在预设的工作范围内，得到对应的第二数字信号；模数转换单元，适于将所述第二数字信号进行模数转换，得到对应的模拟信号；功放单元，适于将得到对应的模拟信号按照预设的放大倍数进行放大处理；扬声器，适于将经过放大处理后的模拟信号输出。
可选地，所述低音增强单元，包括：低通滤波器，适于将所述输入数字信号进行低通滤波处理，得到对应的所述输入数字信号的低频成分；谐波产生器，适于对所述输入数字信号的低频成分进行谐波处理，产生对应的高频谐波信号；强度调节子单元，适于基于预设的低音传递函数，将所产生的高频谐波信号调节为对应的低音信号；延迟子单元，适于将所述输入数字信号进行延迟，得到所述输入数字信号的延迟信号；相加子单元，适于所述低音信号与所述数字数字信号的延迟信号进行叠加，得到所述低音增强后的第一数字信号。
可选地，所述增益控制单元，包括：缓冲子单元，适于对所述低音增强后的第一数字信号进行缓冲处理，得到对应的缓冲信号；增益控制子单元，适于基于所述缓冲信号的电压和所述扬声器的功率放大器的最大允许电压，计算得到对所述缓冲信号的信号幅度进行控制的信号增益系数；基于所述缓冲信号的产生的振膜位移和所述扬声器的最大允许振膜位移，计算得到对所述缓冲信号产生的振膜位移进行控制的振膜位移增益系数；基于所述信号增益系数和所述振膜位移增益系数，计算得到所述缓冲信号的最终增益系数；采用所述最终增益系数对所述缓冲信号进行增益调节。
可选地，所述增益控制子单元，适于采用如下的公式计算得到所述缓冲信号的最终增益系数：gtot(n)＝min(gs(n),gx(n))，其中，gtot(n)表示当前时刻所述缓冲信号的最终增益系数，gs(n)表示所述信号增益系数，gx(n)表示所述位移增益系数。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下的优点：
上述的方案，通过对输入数字信号进行低频增强处理，并对低频增强后的信号进行增益控制，可以在增加扬声器的低音表现的同时，将扬声器的结构参数控制在对应的工作范围内，因而可以确保扬声器地安全工作，并可以提升音频信号的输出质量，提升用户的使用体验。
附图说明
图1是本发明实施例中的一种扬声器输出控制方法的流程图；
图2是本发明实施例中的另一种扬声器输出控制方法的流程图；
图3是本发明实施例中一种计算扬声器在缓冲信号的信号增益系数的方法流程图；
图4是本发明实施例中一种计算扬声器在缓冲信号的振膜位移增益系数的方法流程图；
图5是本发明实施例中的扬声器控制系统的结构示意图。
具体实施方式
正如背景技术所言，现有的低音增强方法存在着安全性差且输出信号质量差的问题。
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明实施例采用的技术方案通过对输入数字信号进行低频增强处理，并对低频增强后的信号进行增益控制，可以在增加扬声器的低音表现的同时，将扬声器的结构参数控制在对应的工作范围内，因而可以确保扬声器地安全工作，并可以提升音频信号的输出质量，提升用户的使用体验。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图1示出了本发明实施例中的一种扬声器输出控制方法的流程图。如图1所示的扬声器输出控制方法，可以包括：
步骤s101：获取输入的音频信号对应的输入数字信号。
在具体实施中，输入的音频信号为模拟信号，对应的输入数字信号可以由对输入的音频信号进行模数转换得到。
步骤s102：将所述输入数字信号进行低音增强处理，得到低音增强后的第一数字信号。
在具体实施中，可以采用虚拟低音增强技术对输入的数字信号进行低音增强处理，得到对应的低音增强后的第一数字信号。
步骤s103：对所述低音增强后的第一数字信号进行增益控制，以将所述扬声器的结构参数控制在预设的工作范围内，得到对应的第二数字信号。
在具体实施中，对低音增强后的第一数字信号进行增益控制，包括信号增益控制和振膜位移控制，以将输出信号的幅度和振膜位移分别控制在对应的安全工作范围内。
这里需要指出的是，本文中出现的“第一”及“第二”用于对不同的信号进行区分，而非对信号的出现顺序进行限制。
步骤s104：将所述第二数字信号进行数模转换，得到对应的模拟信号。
在具体实施中，通过对第二数字信号进行数模转换，可以得到对应的模拟信号。
步骤s105：将所得到的模拟信号按照预设的放大倍数进行放大并输出至所述扬声器。
在具体实施中，在得到第二数字信号对应的模拟信号时，可以通过对第二数字信号采用预设的放大倍数进行放大处理，并输出至扬声器，以输出给用户。
上述的方案，通过对输入数字信号进行低频增强处理，并对低频增强后的信号进行增益控制，可以在增加扬声器的低音表现的同时，将扬声器的结构参数控制在对应的工作范围内，因而可以确保扬声器地安全工作，并可以提升音频信号的输出质量，提升用户的使用体验。
下面将对本发明实施中的扬声器输出控制方法做进一步详细的介绍。
图2示出了本发明实施例中的另一种扬声器输出控制方法的流程图。如图2所示，本发明实施例中的一种扬声器输出控制方法可以包括如下的步骤：
步骤s201：将所述输入数字信号进行低通滤波处理，得到所述输入数字信号的低频成分。
在具体实施中，通过对输入数字信号s(n)分别进行低通滤波处理，得到对应的低频成分sl(n)。其中，进行低通滤波处理时所采用的低通滤波器可以为有限冲击响应滤波器(fir)，也可以为无限冲击响应滤波器(iir)。此外，进行低通滤波处理时所采用的低通滤波器的低频截止频率可以根据扬声器的低频截止频率进行确定。
在具体实施中，将滤波器的传递函数表示为hlp(n)，则输入数字信号s(n)的低频成分sl(n)可以表示为：
其中，
步骤s202：对所述输入数字信号的低频成分进行谐波处理，产生对应的高频谐波信号。
在具体实施中，在得到输入数字信号低频信号sl(n)时，可以接着对输入数字信号的低频成分sl(n)进行高次谐波处理，产生对应的高次谐波信号slh(n)。
其中，对输入数字信号低频信号sl(n)进行高次谐波处理时，可以采用频域和时域两种方法，本领域的技术人员可以根据实际的需要进行选择。在本发明一实施例中，为了提高处理速度选择时域方法，即利用非线性器件产生高次谐波信号slh(n)。
步骤s203：基于预设的低音传递函数，将所产生的高频谐波信号调节为对应的低音信号。
在具体实施中，当产生高次谐波信号slh(n)时，可以采用预设的低音传递函数，将所产生的高次谐波信号slh(n)调节为对应的低音信号，也即采用如下的公式，将所产生的高次谐波信号slh(n)调节为对应的低音信号svb(n)：
其中，低音传递函数slh(n)可以根据用户对于低音强弱的需求进行设置。
步骤s204：所述输入数字信号进行延迟处理，得到所述输入数字信号的延迟信号。
在具体实施中，所述输入数字信号的延迟时间可以根据实际的需要进行设定。
步骤s205：将所述低音信号与所述输入数字信号的延迟信号进行叠加，得到所述低音增强后的第一数字信号。
在具体实施中，输入数字信号s(n)经过延迟处理后得到对应的延迟信号sd(n)，并与由高次谐波信号slh(n)调节得到对应的低音信号svb(n)利用加法器进行叠加，得到低音增强后的第一数字信号svbb(n)，也即：
svbb(n)＝sd(n)+svb(n)(3)
步骤s206：对低音增强后的第一数字信号进行缓冲处理，得到对应的缓冲信号。
在具体实施中，在对低音增强后的第一数字信号svbb(n)进行缓冲处理时，当缓冲时间为t块信号时，经过缓冲得到的缓冲信号sla(n)可以表示为：
sla(n)＝{sfb(n-t),sfb(n-t+1),…,sfb(n)}(4)
其中，sla(n)表示所述缓冲信号，t表示缓冲时间为t块数字信号对应的时间长度，且t≥0。
步骤s207：基于所述缓冲信号的电压和所述扬声器的功率放大器的最大允许电压，计算得到对所述缓冲信号的信号幅度进行控制的信号增益系数。
在具体实施中，可以采用现有技术的中的信号增益控制方法，基于所述缓冲信号的电压和所述扬声器的功率放大器的最大允许电压，计算得到对所述缓冲信号的信号幅度进行控制的信号增益系数的过程，请具体参见图3。
步骤s208：基于所述缓冲信号的产生的振膜位移和所述扬声器的最大允许振膜位移，计算得到对所述缓冲信号产生的振膜位移进行控制的振膜位移增益系数。
在具体实施中，如何基于所述缓冲信号的产生的振膜位移和所述扬声器的最大允许振膜位移，计算得到对所述缓冲信号产生的振膜位移进行控制的振膜位移增益系数的方法，请具体参见图4。
步骤s209：基于缓冲信号对应的振膜位移增益系数和信号增益系数，计算所述缓冲信号的最终增益系数，并采用计算得到的最终增益系数，对所述缓冲信号进行自适应增益处理，得到增益处理后的信号。
在具体实施中，所述缓冲信号的最终增益系数gt(n)，由基于计算得到对缓冲信号的信号电压进行控制的信号增益系数gs(n)，及对缓冲信号对应的振膜位移进行控制的振膜位移增益系数gx(n)共同进行确定。在本发明一实施例中采用如下的公式计算得到缓冲信号的最终增益系数：
gt(n)＝min(gs(n),gx(n))(5)
其中，gs(n)≥0且gt(n)≥0。
当然，也采用可以现有技术中的其他方式得到位移增益系数和信号增益系数，计算当前时刻所述缓冲信号的最终增益系数，本发明在此不做限制。
在具体实施中，当计算得到所述缓冲信号sla(n)的最终增益系数gt(n)之后，可以采用计算得到的最终增益系数gt(n)对缓冲信号sla(n)进行自适应增益调节，得到增益处理后的信号so(n)可以表示为：
so(n)＝svbb(n)×gt(n)(6)
步骤s210：将增益处理后的信号进行数模转换，得到模拟信号。
在具体实施中，在得到增益处理后的信号so(n)时，可以对信号增益处理后的信号so(n)进行数模转换，将增益处理后的信号so(n)转换为对应的模拟信号。
步骤s211：将转换得到的模拟信号输入进行放大处理后输入至所述扬声器。
在具体实施中，数模转换后得到的模拟信号送入功率放大器进行放大处理后并输入至扬声器，以输出给用户。
下面将结合图3和图4分别对本发明实施例中的振膜位移增益系数和信号增益系数的获取方法做进一步详细的介绍。
请参见图3，在具体实施中，本发明实施例中的信号增益系数的获取方法可以包括如下的步骤：
步骤s301：对所述缓冲信号进行平滑处理，并计算平滑处理后的缓冲信号的幅度的最大值。
在具体实施中，可以首先对缓冲信号sla(n)进行平滑处理，并采用如下的公式计算得到平滑处理后的缓冲信号sla(n)的幅度的最大值：
sa(n)＝(1-α)*sa(n-1)+α*max(abs(sla(n)))(7)
其中，sa(n)是第n个数字信号块的幅度的最大值，sa(n-1)是第n-1个数字信号块的幅度的最大值，α表示预设的第一系数，且0≤α≤1，abs(.)表示绝对值运算，max(.)表示取最大值运算。
步骤s302：计算平滑处理后的缓冲信号的信号增益系数。
在具体实施中，可以采用如下的公式计算平滑处理后的缓冲信号sla(n)的增益：
其中，gsa(n)是第n个数字信号块的增益，thrd1是预设的增益阈值，gmax是预设的增益最大值。
步骤s303：对平滑处理后的缓冲信号进行限幅处理，得到限幅处理后的缓冲信号的振幅的最大值。
在具体实施中，可以采用如下的公式计算得到限幅处理后的缓冲信号的振幅的最大值：
sl(n)＝(1-β)*sl(n-1)+β*max(abs(sla(n)))·gsa(n)(9)
其中，sl(n)表示限幅处理后的第n个数字信号块的幅度的最大值，β表示预设的系数且0≤β≤1。
步骤s304：计算限幅处理后的缓冲信号对应的信号增益系数。
在具体实施中，可以采用如下的公式计算限幅处理后的缓冲信号的增益系数：
其中，gsl(n)是第n个数字信号块经过限幅后的增益系数，thrd2是预设的第二限幅阈值。
步骤s305：根据平滑处理后的缓冲信号的信号增益系数和限幅处理后的缓冲信号的信号增益系数，计算得到所述缓冲信号的信号增益系数。
在具体实施中，可以采用如下的公式计算得到所述信号增益系数：
gs(n)＝gsa(n)*gsl(n)(11)
参见图4，在具体实施中，本发明实施例中一种振膜位移增益系数的获取方法，可以包括如下的步骤：
步骤s401：对所述缓冲信号进行降采样处理。
步骤s402：基于降采样后的缓冲信号和预设的电压位移传递函数计算得到所述缓冲信号对应的振膜位移。
在具体实施中，基于所述缓冲信号和预设的电压位移传递函数，可以采用如下的公式计算得到所述缓冲信号对应的振膜位移：
其中，xla(n)表示所述缓冲信号产生的振膜位移，sd(n)表示所述缓冲信号，hvx(n)表示所述电压位移传递函数。
接着，将上述公式(11)转换为频域可以表示为：
xla(n,f)＝sd(n,f)·hvx(n,f)(13)
其中，xla(n,f)表示频域的缓冲信号对应的振膜位移，sd(n,f)表示频域的降采样后的缓冲信号，hvx(n,f)表示频域的电压位移传递函数。
步骤s403：计算平滑处理后的振膜位移的幅度的最大值。
在具体实施中，可以首先对缓冲信号产生的振膜位移进行平滑处理，并采用如下的公式计算得到平滑处理后的振膜位移的幅度的最大值：
xa(n)＝(1-α)*xa(n-1)+α*max(abs(xla(n)))(14)
其中，xa(n)表示平滑处理后的第n个数字信号块对应的振膜位移的幅度的最大值，xa(n-1)表示平滑处理后的第n-1个数字信号块对应的振膜位移的幅度的最大值，α表示预设第一系数且满足0≤α≤1，max(abs(xla(n)))表示振膜位移信号xla(n)的幅度的绝对值的最大值。
步骤s404：计算平滑处理后的振膜位移的振膜位移增益系数。
在具体实施中，可以采用如下的公式计算得到平滑处理后的振膜位移的振膜位移增益系数：
其中，gxa(n)表示第n个数字信号块在平滑处理后的振膜位移增益系数，thrdx1是预设的平滑处理后的振膜位移增益系数阈值，且满足：
thrdx1＝γ1·xmax_ctrl(16)
其中，γ1表示预设的系数且γ1≥0，gmax是预设的振膜位移增益系数的最大值。
步骤s405：对平滑处理后的振膜位移进行限幅处理，得到限幅处理后的振膜位移的幅度的最大值。
在具体实施中，对平滑处理后的振膜位移进行限幅处理，得到限幅处理后的振膜位移的幅度的最大值为：
xl(n)＝(1-β)*xl(n-1)+β*max(abs(xla(n)))·gxa(n)(17)
其中，xl(n)是平滑处理后的第n个数字信号块的振膜位移的幅度最大值，系数0≤β≤1。
步骤s406：计算得到限幅处理后的振膜位移对应的振膜位移增益系数。
在具体实施中，可以采用如下的公式计算得到限幅处理后的振膜位移对应的振膜位移增益：
其中，gxl(n)表示第n个数字信号块经过限幅处理后对应的振膜位移增益系数，thrdx2是预设的限幅处理后的振膜位移的振膜位移系数阈值，且：
thrdx2＝γ2·xmax_ctrl(19)
其中，γ2表示预设的第二系数，且γ2≥0。
步骤s407：根据平滑处理后的振膜位移增益和限幅处理后的缓冲信号的振膜位移增益，计算得到所述缓冲信号的振膜位移增益系数。
在具体实施中，可以通过如下的公式计算得到缓冲信号的振膜位移增益系数：
gx(n)＝gxa(n)*gxl(n)(20)
上述对本发明实施例中的方法进行了详细的描述，下面将对上述的方法对应的装置介绍。
参见图5，本发明实施例还提供了一种扬声器输出控制系统，可以包括获取单元501、低音增强单元502、增益控制单元503、模数转换单元504、功放单元505和扬声器506，其中：
获取单元501，适于获取输入的音频信号对应的输入数字信号。
低音增强单元502，适于将所述输入数字信号进行低音增强处理，得到低音增强后的第一数字信号。
在本发明一实施例中，所述低音增强单元502，包括低通滤波器(未示出)、谐波产生器(未示出)、强度控制子单元(未示出)、延迟子单元(未示出)和相加子单元(未示出)，其中：
低通滤波器，适于将所述输入数字信号进行低通滤波处理，得到对应的所述输入数字信号的低频成分；
谐波产生器，适于对所述输入数字信号的低频成分进行谐波处理，产生对应的高频谐波信号；
强度控制子单元，适于基于预设的低音传递函数，将所产生的高频谐波信号调节为对应的低音信号；
延迟子单元，适于将所述输入数字信号进行延迟，得到所述输入数字信号的延迟信号；
相加子单元，适于所述低音信号与所述数字数字信号的延迟信号进行叠加，得到所述低音增强后的第一数字信号。
增益控制单元503，适于对所述低音增强后的第一数字信号进行增益控制，以将所述扬声器的结构参数控制在预设的工作范围内，得到对应的第二数字信号。
在本发明一实施例中，所述增益控制单元503，包括缓冲子单元(未示出)和增益控制子单元(未示出)，其中：
缓冲子单元，适于对所述低音增强后的第一数字信号进行缓冲处理，得到对应的缓冲信号；
增益控制子单元，适于基于所述缓冲信号的电压和所述扬声器的功率放大器的最大允许电压，计算得到对所述缓冲信号的信号幅度进行控制的信号增益系数；基于所述缓冲信号的产生的振膜位移和所述扬声器的最大允许振膜位移，计算得到对所述缓冲信号产生的振膜位移进行控制的振膜位移增益系数；基于所述信号增益系数和所述振膜位移增益系数，计算得到所述缓冲信号的最终增益系数；采用所述最终增益系数对所述缓冲信号进行增益调节。
在本发明一实施例中，所述增益控制子单元，适于采用如下的公式计算得到所述缓冲信号的最终增益系数：gtot(n)＝min(gs(n),gx(n))，其中，gtot(n)表示当前时刻所述缓冲信号的最终增益系数，gs(n)表示所述信号增益系数，gx(n)表示所述位移增益系数。
模数转换单元504，适于将所述第二数字信号进行模数转换，得到对应的模拟信号。
功放单元505，适于将得到对应的模拟信号按照预设的放大倍数进行放大处理。
扬声器506，适于将经过放大处理后的模拟信号输出。
采用本发明实施例中的上述方案，通过对输入数字信号进行低频增强处理，并对低频增强后的信号进行增益控制，可以在增加扬声器的低音表现的同时，将扬声器的结构参数控制在对应的工作范围内，因而可以确保扬声器地安全工作，并可以提升音频信号的输出质量，提升用户的使用体验。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：rom、ram、磁盘或光盘等。
以上对本发明实施例的方法及系统做了详细的介绍，本发明并不限于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。