一种DSP芯片调节的自适应音量控制耳机放大器的制作方法

一种dsp芯片调节的自适应音量控制耳机放大器
技术领域
1.本发明涉及耳机放大器技术领域，尤其涉及一种dsp芯片调节的自适应音量控制耳机放大器。


背景技术：

2.当前使用耳机进行听音乐、看视频的人越来也多，由于耳机直接接触人的耳道，如果音量过大会导致听力受损，严重的甚至会失聪；同时长时间的配戴耳机一方面会导致耳朵过于疲劳，同时长时间的配戴还会导致耳朵附近受压迫较为严重，降低血液循环，导致耳朵周围疼痛；但是如果降低耳机的压力又会导致音量降低过大。
3.cn101222210a公开了一种手机自适应音量调节的装置和方法，包括基带处理器，声音调节触发器，声音传感器，声音检测单元，能够根据环境音量自适应调节手机的音量，满足用户在不同环境中对手机音量的调节要求。cn105592195b公开了一种音量自适应调节方法及装置，可以根据不同背景音量大小对用户的移动终端音量进行自适应的调整，避免手动调节音量大小的麻烦，
4.但是上述的装置一般都是根据播放声音的大小和环境噪音等进行音量的调节，功能较少，调节效果不好。同时由于对于音频的计算需要大量的计算资源，实时分析所需的设备要求较高，设备成本较高。如何能够低成本的进行音量自适应调节是需要解决的问题。


技术实现要素：

5.针对上述内容，为解决上述问题，提供一种dsp芯片调节的自适应音量控制耳机放大器，包括放大控制模块、dsp芯片、电流复制电路、监测模块和输出模块；
6.放大控制模块连接信号源和输出模块，信号源将音频数据发送至放大控制模块；放大控制模块用于对音频源信号进行放大并输出至输出模块；
7.dsp芯片连接放大控制模块，电流复制电路连接放大控制模块和dsp芯片，监测模块连接输出模块和dsp芯片；
8.电流复制电路用从放大控制模块采样信号电流，从而将放大控制模块的实时播放电流数据发送至dsp芯片；
9.监测模块采集输出模块的实时播放信号，并进行分析后发送至dsp芯片；
10.dsp芯片用于根据输入的数据调节放大控制模块的放大倍数。
11.放大器整体设置于耳机内部，监测模块中设置有麦克风模块、计时模块、监测处理器、重力感应模块和模型参数转换器；
12.输出模块的输出端直接连接至检测处理器，使得监测处理器能够实时采集输出端的输出音频数据a；
13.麦克风模块设置于耳机上，用于采集环境中的噪声数据b并将其发送至监测处理器；
14.计时模块记录放大器的使用时长，并将使用时长c实时发送至监测处理器；
15.重力感应模块监测耳机的姿态，并将耳机的姿态参数d发送至监测处理器；
16.监测处理器连接模型参数转换器，将采集的a、b、c、d四种数据转换成dsp可识别的模型参数并发送至dsp芯片。
17.电流复制电路将从信号源d/a转换得到的放大前的音频数据e再经过a/d转换发送至dsp芯片；
18.dsp内设置有放大倍数计算模型，用于根据输入的数据计算放大控制模块的放大倍数以调节放大控制模块的放大倍数。
19.dsp芯片对放大前的音频数据e进行分析，得到音频数据e的能量me、波峰强度ae；
20.监测处理器采集的音频数据a在检测处理器中进行分析，得到音频数据a的能量ma、波峰强度aa；
21.监测处理器采集的噪声数据b在检测处理器中进行分析，得到噪声数据b的能量mb、波峰强度ab；
22.使用时长c发送至检测处理器后被转换成使用时长等级l，使用时长等级l包括5-10个级别；
23.检测处理器内部可以获取当前时间t，当前时间t被转换成和时间段等级n，使用时长等级n包括2个级别，分别为对应白天和夜间；
24.姿态参数d包括直立和卧倒两种状态。
25.音频数据e被dsp芯片实时获取并且实时处理，实时获得音频数据e的能量me、波峰强度ae，计算的基准为从当前时刻向前5-10s时间段内的音频数据e的片段；
26.音频数据a和噪声数据b每隔10s-60s被监测处理器处理，也即每隔10s-60s生成一个音频数据a和噪声数据b的片段，并在监测处理器内进行处理，并获得对应的音频数据a的能量ma、波峰强度aa，噪声数据b的能量mb、波峰强度ab；
27.监测处理器处理的数据在模型参数转换器内进行整理，整理后形成dsp可以识别的数据格式；dsp芯片从模型参数转换器内获取的数据格式为(ma,aa,mb,ab,l,n,d)；
28.模型参数转换器每隔10s-60s将一组数据发送至dsp芯片；
29.从而实现了dsp芯片每隔10s-60s获得一组模型参数，以用于选择计算模型，同时dsp芯片实时利用选择好的计算模型基于音频数据e计算放大倍数。
30.参数中ma,aa对应喇叭工作状态，当ma,aa或超过阈值时，则表明喇叭当前工作增益较大，当ma,aa或低于阈值时，则表明喇叭当前工作增益较小；
31.参数中mb,ab对应环境噪音状态，当mb,ab或超过阈值时，则表明喇叭环境比较嘈杂，当mb,ab或低于阈值时，则表明环境比较安静；
32.参数中的l,n,d对应使用时长、使用时间段和使用姿势；l越大，说明使用时间越长，n对应白天和晚上，d对应是否卧姿使用；
33.dsp内存储有x个不同的计算模型，x＝k1×
k2×
k3×
k4×
k5；k1对应喇叭增益状态的级别个数，k2对应环境噪声的级别个数，k3对应使用时长等级l的级别个数，k4＝2对应白天和晚上，k5＝2对应立姿和卧姿；
34.x个模型满足以下条件：
35.喇叭增益越大，对应模型中对应同样音频数据e得到的放大倍数更低；喇叭增益越小，对应模型中对应同样音频数据e得到的放大倍数更高；环境噪声越大，对应模型中对应
同样音频数据e得到的放大倍数更高；环境噪声越小，对应模型中对应同样音频数据e得到的放大倍数更低；使用时长越长，对应模型中对应同样音频数据e得到的放大倍数更低；使用时长越短，对应模型中对应同样音频数据e得到的放大倍数更高；对应白天使用时，对应模型中对应同样音频数据e得到的放大倍数更高；夜晚使用时，对应模型中对应同样音频数据e得到的放大倍数更低；立姿使用时，对应模型中对应同样音频数据e得到的放大倍数更高；卧姿使用时，对应模型中对应同样音频数据e得到的放大倍数更低。
36.模型选择bp神经网络模型、偏最小二乘模型、线性模型、svm模型或者经验模型。
37.当然实际使用时模型不限于以上几种，只要符合前述条件的模型即可，具体放大倍数是将音频数据e的能量me、波峰强度ae输入模型后，根据得到放大倍数，对应的能量me、波峰强度ae越小，放大倍数越高，能量me、波峰强度ae越大放大倍数越小，从而平衡不同音源的音频数据，防止某些歌曲或者音频的音量太小，或者太大，需要人为经常调节音量的问题。
38.为了解决不同压力导致的实际听取音量大小不同的问题，还在耳机与人耳朵接触的位置设置了压力传感器，压力传感器输出压力值f；dsp芯片根据压力值f计算增益调节系数g，g反比于f，也即f越小g越大，从而使得当耳机受到的压力降低时，耳机可以自动提高音量。
39.增益调节系数直接对dsp内的计算模型输出的放大倍数直接进行增益，也即直接在dsp内的计算模型输出的放大倍数上增加g，得到实际输入至放大控制模块的放大倍数。
40.一般一首歌的间隔也就几秒钟，由此能量me、波峰强度ae采样间隔比较小，实时调节效果好；而使用者的使用状态(例如白天还是晚上、躺着还是坐着)和设备的工作状态(例如增益的高低或者环境的嘈杂程度)一般不会频繁变化，从而不必频繁对其进行采样，采样设置在分钟级就可以。
41.耳机放大器还设置有自动睡眠模式：
42.当位于20:00-6:00使用耳机放大器时，dsp芯片每隔30min向放大模块发送降低放大倍数控制指令，使得放大控制模块的放大倍数降低，耳机输出的音量降低；同时dsp芯片等待监测模块发出的激活信号，当dsp芯片收到激活信号后，dsp芯片向放大模块发送降低放大倍数恢复指令，使得放大控制模块的放大倍数恢复，耳机输出的音量恢复。
43.当位于20:00-6:00使用耳机放大器时，当监测模块内的加速度传感器检测到振动时，监测模块向dsp芯片发送激活信号。
44.dsp芯片控制耳机输出的音量降低量为降低至原始音量的三分之一，经过三次降低音量后耳机的输出音量为0。
45.本发明的有益效果为：
46.本发明设置了电流复制电路和监测模块，一个用于实时采集播放的音频数据，一个用于采集使用环境和使用状态；设置dsp芯片，根据输入的数据进行实时的处理；根据设备状态和环境状态以及使用者的状态选择模型，而根据实时播放的音频数据输入模型进行放大倍数的计算；一方面不必过于频繁采集环境的状态，有省电以及节省资源降低成本的效果；另一方面可以实时根据播放的音频计算放大倍数，可以平衡不同音频文件之间的音量差异，避免需要频繁的调节音量。
47.dsp内存储有多个不同的计算模型，分别对应喇叭增益状态的级别个数、环境噪声
的级别个数、使用时长等级l的级别个数、白天和晚上、立姿和卧姿；模型更多，针对性更强，同时可以分别针对不同的使用状态切换对应的模型，避免了只用一个模型时需要的大量计算资源。
48.耳机与人耳朵接触的位置设置了压力传感器，dsp芯片根据压力值f计算增益调节系数g，从而使得当耳机受到的压力降低时，耳机可以自动提高音量，解决不同压力导致的实际听取音量大小不同的问题。
49.设置了睡眠模式，可以根据用户是否有反馈来自动调节音量，避免影响用户的睡眠。
附图说明
50.被包括来提供对所公开主题的进一步认识的附图，将被并入此说明书并构成该说明书的一部分。附图也阐明了所公开主题的实现，以及连同详细描述一起用于解释所公开主题的实现原则。没有尝试对所公开主题的基本理解及其多种实践方式展示超过需要的结构细节。
51.图1为本发明整体架构示意图；
52.图2为本发明的监测模块的架构示意图。
具体实施方式
53.本发明的优点、特征以及达成所述目的的方法通过附图及后续的详细说明将会明确。
54.实施例1：
55.一种dsp芯片调节的自适应音量控制耳机放大器，包括放大控制模块、dsp芯片、电流复制电路、监测模块和输出模块；
56.放大控制模块连接信号源和输出模块，信号源将音频数据发送至放大控制模块；放大控制模块对音频源信号进行放大并输出至输出模块；
57.dsp芯片连接放大控制模块，电流复制电路连接放大控制模块和dsp芯片，监测模块连接输出模块和dsp芯片；
58.电流复制电路放大控制模块采样信号电流，将放大控制模块的实时播放电流数据发送至dsp芯片；
59.监测模块采集输出模块的实时播放信号，并进行分析后发送至dsp芯片；
60.dsp芯片用于根据输入的数据调节放大控制模块的放大倍数。
61.放大器整体设置于耳机内部，监测模块中设置有麦克风模块、计时模块、监测处理器、重力感应模块和模型参数转换器；
62.输出模块的输出端直接连接至检测处理器，使得监测处理器能够实时采集输出端的输出音频数据a；
63.麦克风模块设置于耳机上，用于采集环境中的噪声数据b并将其发送至监测处理器；
64.计时模块记录放大器的使用时长，并将使用时长c实时发送至监测处理器；
65.重力感应模块监测耳机的姿态，并将耳机的姿态参数d发送至监测处理器；
66.监测处理器连接模型参数转换器，将采集的a、b、c、d四种数据转换成dsp可识别的模型参数并发送至dsp芯片。
67.电流复制电路将从信号源d/a转换得到的放大前的音频数据e再经过a/d转换发送至dsp芯片；
68.dsp内设置有放大倍数计算模型，用于根据输入的数据计算放大控制模块的放大倍数以调节放大控制模块的放大倍数。
69.dsp芯片对放大前的音频数据e进行分析，得到音频数据e的能量me、波峰强度ae；
70.监测处理器采集的音频数据a在检测处理器中进行分析，得到音频数据a的能量ma、波峰强度aa；
71.监测处理器采集的噪声数据b在检测处理器中进行分析，得到噪声数据b的能量mb、波峰强度ab；
72.使用时长c发送至检测处理器后被转换成使用时长等级l，使用时长等级l包括5-10个级别；
73.检测处理器内部可以获取当前时间t，当前时间t被转换成和时间段等级n，使用时长等级n包括2个级别，分别为对应白天和夜间；
74.姿态参数d包括直立和卧倒两种状态。
75.音频数据e被dsp芯片实时获取并且实时处理，实时获得音频数据e的能量me、波峰强度ae，计算的基准为从当前时刻向前5-10s时间段内的音频数据e的片段；
76.音频数据a和噪声数据b每隔10s-60s被监测处理器处理，也即每隔10s-60s生成一个音频数据a和噪声数据b的片段，并在监测处理器内进行处理，并获得对应的音频数据a的能量ma、波峰强度aa，噪声数据b的能量mb、波峰强度ab；
77.监测处理器处理的数据在模型参数转换器内进行整理，整理后形成dsp可以识别的数据格式；dsp芯片从模型参数转换器内获取的数据格式为(ma,aa,mb,ab,l,n,d)；
78.模型参数转换器每隔10s-60s将一组数据发送至dsp芯片；
79.从而实现了dsp芯片每隔10s-60s获得一组模型参数，以用于选择计算模型，同时dsp芯片实时利用选择好的计算模型基于音频数据e计算放大倍数。
80.参数中ma,aa对应喇叭工作状态，当ma,aa或超过阈值时，则表明喇叭当前工作增益较大，当ma,aa或低于阈值时，则表明喇叭当前工作增益较小；
81.参数中mb,ab对应环境噪音状态，当mb,ab或超过阈值时，则表明喇叭环境比较嘈杂，当mb,ab或低于阈值时，则表明环境比较安静；
82.参数中的l,n,d对应使用时长、使用时间段和使用姿势；l越大，说明使用时间越长，n对应白天和晚上，d对应是否卧姿使用；
83.dsp内存储有x个不同的计算模型，x＝k1×
k2×
k3×
k4×
k5；k1对应喇叭增益状态的级别个数，k2对应环境噪声的级别个数，k3对应使用时长等级l的级别个数，k4＝2对应白天和晚上，k5＝2对应立姿和卧姿；
84.x个模型满足以下条件：
85.喇叭增益越大，对应模型中对应同样音频数据e得到的放大倍数更低；喇叭增益越小，对应模型中对应同样音频数据e得到的放大倍数更高；环境噪声越大，对应模型中对应同样音频数据e得到的放大倍数更高；环境噪声越小，对应模型中对应同样音频数据e得到
的放大倍数更低；使用时长越长，对应模型中对应同样音频数据e得到的放大倍数更低；使用时长越短，对应模型中对应同样音频数据e得到的放大倍数更高；对应白天使用时，对应模型中对应同样音频数据e得到的放大倍数更高；夜晚使用时，对应模型中对应同样音频数据e得到的放大倍数更低；立姿使用时，对应模型中对应同样音频数据e得到的放大倍数更高；卧姿使用时，对应模型中对应同样音频数据e得到的放大倍数更低。
86.模型选择bp神经网络模型、偏最小二乘模型、线性模型、svm模型或者经验模型。
87.当然实际使用时模型不限于以上几种，只要符合前述条件的模型即可，具体放大倍数是将音频数据e的能量me、波峰强度ae输入模型后，根据得到放大倍数，对应的能量me、波峰强度ae越小，放大倍数越高，能量me、波峰强度ae越大放大倍数越小，从而平衡不同音源的音频数据，防止某些歌曲或者音频的音量太小，或者太大，需要人为经常调节音量的问题。
88.一般不同首歌的间隔也就几秒钟，由此能量me、波峰强度ae采样间隔比较小，实时调节效果好；而使用者的使用状态(例如白天还是晚上、躺着还是坐着)和设备的工作状态(例如增益的高低或者环境的嘈杂程度)一般不会频繁变化，从而不必频繁对其进行采样，采样设置在分钟级就可以。
89.实施例2：
90.如前文所述的结构的耳机放大器还设置有自动睡眠模式：
91.当位于20:00-6:00使用耳机放大器时，dsp芯片每隔30min向放大模块发送降低放大倍数控制指令，使得放大控制模块的放大倍数降低，耳机输出的音量降低；同时dsp芯片等待监测模块发出的激活信号，当dsp芯片收到激活信号后，dsp芯片向放大模块发送降低放大倍数恢复指令，使得放大控制模块的放大倍数恢复，耳机输出的音量恢复。
92.当位于20:00-6:00使用耳机放大器时，当监测模块内的加速度传感器检测到振动时，监测模块向dsp芯片发送激活信号。
93.dsp芯片控制耳机输出的音量降低量为降低至原始音量的三分之一，经过三次降低音量后耳机的输出音量为0。
94.以上所述，仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。