一种音频升压控制装置、方法及相关产品与流程

本发明涉及音频信号处理领域，尤其涉及一种音频升压控制装置、音频升压控制方法、计算机可读存储介质以及电子设备。

背景技术：

1、便携式蓝牙音箱、智能音箱等音频设备通常采用锂电池供电，功率放大器在锂电池的工作电压范围内直接驱动扬声器，当功率放大器的输出功率无法满足高动态的音频播放需求时，需要通过升压芯片或升压电路升压至较高的目标电压。

2、但是，对于其他非高动态的音频播放场景，若都采用较高电压播放音频，则会产生不必要的功耗，增加播放设备的发热，进而减少锂电池的电池寿命。基于上述情况，如何基于音频信号的包络信息进行播放电压的适配，是本领域技术人员所亟待解决的问题。

技术实现思路

1、基于上述现状，本发明的主要目的在于提供一种音频升压控制装置、方法及相关产品，通过提前对音频信号进行包络检测，进而在音频播放前完成电压适配，实现了按需升压的技术效果。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、本发明实施例第一方面提供的一种音频升压控制方法，包括：

4、音频获取模块，配置为获取音频信号的当前采样帧；

5、分流模块，配置为将当前采样帧分别传输至电压适配模块和音频播放模块进行处理；

6、电压适配模块，包括dsp单元和升压单元；所述dsp单元对当前采样帧进行包络检测，以确定当前采样帧中的最大瞬时幅值，并根据所述最大瞬时幅值确定控制电压的pwm信号；所述升压单元根据所述pwm信号确定当前采样帧对应的目标电压；

7、音频播放模块，配置为对当前采样帧进行缓存，使得所述电压适配模块对当前采样帧的起始处理时间比所述音频播放模块提前目标时长，根据所述电压适配模块输出的目标电压对所述音频信号的当前采样帧进行播放；其中，所述目标时长大于所述电压适配模块对所述音频信号中一个采样帧的处理时长。

8、优选地，所述dsp单元对当前采样帧进行包络检测，以确定当前采样帧的最大瞬时幅值，包括：

9、通过以下方法获取当前采样帧中n个采样点分别对应的n个瞬时幅值：对于任一采样点进行希尔伯特变换，得到所述采样点的正交分量；将所述采样点的原信号作为实部，所述正交分量作为虚部，构成所述采样点的解析信号，并将所述解析信号的模作为所述采样点的瞬时幅值；获取所述n个瞬时幅值中的最大值作为当前采样帧的最大瞬时幅值。

10、优选地，所述dsp单元对当前采样帧进行包络检测，以确定当前采样帧的最大瞬时幅值，包括：

11、采用以下包络跟踪表达式对当前采样帧中的任一采样点进行处理，以当前采样点的包络跟随值作为当前采样点的瞬时幅值；

12、

13、式中，y（n）表示当前采样点的包络跟随值，x（n）表示当前采样点的信号幅度，y（n-1）表示上一采样点的包络跟随值，α表示包络平滑系数，0＜α＜1；获取当前采样帧中n个采样点分别对应的n个瞬时幅值，以所述n个瞬时幅值中的最大值作为当前采样帧的最大瞬时幅值。

14、优选地，所述dsp单元根据所述最大瞬时幅值确定控制电压的pwm信号，包括：基于预设增益系数，以及所述最大瞬时幅值与最大升压阈值的比值确定当前采样帧的包络比例，以所述包络比例作为当前采样帧的pwm信号；其中，所述预设增益系数用于为所述最大瞬时幅值提供冗余增量，所述最大升压阈值为所述音频播放模块中功率放大器的最大输出功率对应的幅值。

15、优选地，所述基于预设增益系数，以及所述最大瞬时幅值与最大升压阈值的比值确定当前采样帧的包络比例之后，包括：

16、基于pwm控制策略对当前采样帧的包络比例进行跟踪，并以跟踪得到的当前采样帧的pwm跟随值作为当前采样帧的pwm信号；其中，所述pwm控制策略包括：比对当前采样帧的包络比例与上一采样帧的pwm跟随值；若当前采样帧的包络比例大于上一采样帧的pwm跟随值，则将当前采样帧的pwm跟随值更新为当前采样帧的包络比例，且将当前的稳定计数值设置为预设帧数；所述稳定计数值用于计数所述pwm信号处于稳定状态的周期；若当前采样帧的包络比例小于或等于上一采样帧的pwm跟随值，且当前的稳定计数值大于零，则当前采样帧的pwm跟随值等于上一采样帧的pwm跟随值，并将当前的稳定计数值减一；若当前采样帧的包络比例小于或等于上一采样帧的pwm跟随值，且当前的稳定计数值等于零，则根据当前采样帧的包络比例和pwm平滑系数确定当前采样帧的pwm跟随值，并维持当前的稳定计数值不变。

17、优选地，当所述音频获取模块获取到所述音频信号的当前采样帧时，对当前采样帧设置时序标签，其中，所述时序标签根据当前主时钟所记录的时间设置；在所述分流模块将当前采样帧分别传输至所述电压适配模块和所述音频播放模块之前，对当前采样帧设置目标时间戳，其中，目标时间戳=时序标签+目标时长；当所述音频播放模块对当前采样帧完成播放前的处理后，对当前采样帧进行缓存，直至到达所述目标时间戳所记载的时间后，根据所述目标电压对所述音频信号的当前采样帧进行播放。

18、优选地，所述音频播放模块包括左声道链路和右声道链路；其中，所述左声道链路和所述右声道链路由同一个主时钟驱动，且所述左声道链路和所述右声道链路的位时钟与帧时钟基于同一基础频率设置；当所述分流模块向所述音频播放模块传输所述音频信号的当前采样帧时，采用时分复用的方式，根据所述帧时钟将当前采样帧分别传输至所述左声道链路和所述右声道链路；其中，在同一时间传输至所述左声道链路和所述右声道链路的采样帧设置同一采样序号，且同一采样序号的采样帧设置相同的目标时间戳；当到达所述目标时间戳所记载的时间时，所述左声道链路和所述右声道链路同时播放相应的音频信号。

19、优选地，所述目标时长大于5至20毫秒。

20、本发明实施例第二方面提供的音频升压控制方法，包括：

21、步骤s10：获取音频信号的当前采样帧；步骤s20：将当前采样帧分别传输至电压适配模块和音频播放模块进行处理；步骤s30：对当前采样帧进行包络检测，以确定当前采样帧中的最大瞬时幅值，根据所述最大瞬时幅值确定控制电压的pwm信号，根据所述pwm信号确定当前采样帧对应的目标电压；步骤s40：对当前采样帧进行缓存，使得所述电压适配模块对当前采样帧的起始处理时间比所述音频播放模块提前目标时长，根据所述目标电压对所述音频信号的当前采样帧进行播放；其中，所述目标时长大于所述电压适配模块对所述音频信号中一个采样帧的处理时长。

22、优选地，所述对当前采样帧进行包络检测，以确定当前采样帧中的最大瞬时幅值，包括：通过以下方法获取当前采样帧中n个采样点分别对应的n个瞬时幅值：对于任一采样点进行希尔伯特变换，得到所述采样点的正交分量；将所述采样点的原信号作为实部，所述正交分量作为虚部，构成所述采样点的解析信号，并将所述解析信号作为所述采样点的瞬时幅值；获取所述n个瞬时幅值中的最大值作为当前采样帧的最大瞬时幅值。

23、优选地，所述对当前采样帧进行包络检测，以确定当前采样帧中的最大瞬时幅值，包括：采用以下包络跟踪表达式对当前采样帧中的任一采样点进行处理，以当前采样点的包络跟随值作为当前采样点的瞬时幅值；

24、

25、式中，y（n）表示当前采样点的包络跟随值，x（n）表示当前采样点的信号幅度，y（n-1）表示上一采样点的包络跟随值，α表示包络平滑系数，0＜α＜1；获取当前采样帧中n个采样点分别对应的n个瞬时幅值，以所述n个瞬时幅值中的最大值作为当前采样帧的最大瞬时幅值。

26、优选地，所述根据所述最大瞬时幅值确定控制电压的pwm信号，包括：基于预设增益系数，以及所述最大瞬时幅值与最大升压阈值的比值确定当前采样帧的包络比例，以所述包络比例作为当前采样帧的pwm信号；其中，所述预设增益系数用于为所述最大瞬时幅值提供冗余增量，所述最大升压阈值为所述音频播放模块中功率放大器的最大输出功率对应的幅值。

27、优选地，所述基于预设增益系数，以及所述最大瞬时幅值与最大升压阈值的比值确定当前采样帧的包络比例之后，包括：

28、基于pwm控制策略对当前采样帧的包络比例进行跟踪，并以跟踪得到的当前采样帧的pwm跟随值作为当前采样帧的pwm信号；其中，所述pwm控制策略包括：比对当前采样帧的包络比例与上一采样帧的pwm跟随值；若当前采样帧的包络比例大于上一采样帧的pwm跟随值，则将当前采样帧的pwm跟随值更新为当前采样帧的包络比例，且将当前的稳定计数值设置为预设帧数；所述稳定计数值用于计数所述pwm信号处于稳定状态的周期；若当前采样帧的包络比例小于或等于上一采样帧的pwm跟随值，且当前的稳定计数值大于零，则当前采样帧的pwm跟随值等于上一采样帧的pwm跟随值，并将当前的稳定计数值减一；若当前采样帧的包络比例小于或等于上一采样帧的pwm跟随值，且当前的稳定计数值等于零，则根据当前采样帧的包络比例和pwm平滑系数确定当前采样帧的pwm跟随值，并维持当前的稳定计数值不变。

29、优选地，所述方法还包括：当获取到所述音频信号的当前采样帧时，对当前采样帧设置时序标签，其中，所述时序标签根据当前主时钟所记录的时间设置；对当前采样帧设置目标时间戳，其中，目标时间戳=时序标签+目标时长；在对当前采样帧完成播放前的处理后，对当前采样帧进行缓存，直至到达所述目标时间戳所记载的时间后，根据所述目标电压对所述音频信号的当前采样帧进行播放。

30、优选地，所述音频播放模块包括左声道链路和右声道链路；其中，所述左声道链路和所述右声道链路由同一个主时钟驱动，且所述左声道链路和所述右声道链路的位时钟与帧时钟基于同一基础频率设置；所述步骤s10之后还包括：采用时分复用的方式，根据所述帧时钟将当前采样帧分别传输至所述左声道链路和所述右声道链路；其中，在同一时间传输至所述左声道链路和所述右声道链路的采样帧设置同一采样序号，且同一采样序号的采样帧设置相同的目标时间戳；所述根据所述目标电压对所述音频信号的当前采样帧进行播放，包括：当到达所述目标时间戳所记载的时间时，所述左声道链路和所述右声道链路同时播放相应的音频信号。

31、优选地，所述目标时长大于5至20毫秒。

32、本发明实施例第三方面提供的一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上述第二方面任一项所述的音频升压控制方法。

33、本发明实施例第四方面提供的一种电子设备，包括存储有计算机程序的存储介质，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上述第二方面任一项所述的音频升压控制方法；或者，如上述第一方面任一项所述的音频升压控制装置。

34、在本发明实施例中，分流模块对音频信号的当前采样帧进行分流处理：一路传输至电压适配模块对当前采样帧进行包络检测，以确定能够适配当前采样帧的播放需求的目标电压；另一路传输至音频播放模块进行处理；其中，音频播放模块在获取到当前采样帧后会先进行缓存，缓存的目标时长要大于电压适配模块对一个采样帧的处理时长；若电压适配模块通过包络检测确定当前采样帧为高动态信号（通过最大瞬时幅值识别），则在对当前采样帧进行播放之前，会在电压适配模块完成升压，以匹配当前采样帧的播放电压的需求。而若电压适配模块通过包络检测确定当前采样帧为非高动态信号，也可以根据当前采样帧的最大瞬时幅值适配较低的播放电压，以减小播放功耗，进而实现按需升压的技术效果。

35、本发明的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。