一种数字音频去除抖动的稳定耳机放大器的制作方法

1.本发明涉及数字音频处理领域，具体涉及一种数字音频去除抖动的稳定耳机放大器。


背景技术：

2.时钟抖动指的在某一个给定的点上时钟周期发生短暂性变化,使得时钟周期在不同的周期上可能加长或者缩短，时钟抖动会导致音频文件播放时产生频率变化，错位，不稳定等情况。
3.申请号cn202221369584.6公开了一种利用pll技术来消除数字音频传输时产生时钟抖动的电路，设置了数字接收模块，用于接收输入音频，产生lrck信号，输出给鉴相模块；数字锁相环模块，用于产生同lpck信号的同频率信号，输出给鉴相模块；输出音频信号；通过对数字接收模块、数字锁相环模块的相位差进行处理，反馈给数字锁相环模块，消除时钟抖动。
4.但是在纠正时钟抖动时会导致一定程度上的数据路信号与原始信号的错位、展宽等，同时由于处理过程会产生延时，数据量变化较大，放大器温度不稳定等也会导致在实际放大时会导致一定程度上的音量不稳定。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明提供一种数字音频去除抖动的稳定耳机放大器，包括输入接口、纠正模块、放大模块和输出接口；还包括存储模块、能量分析模块、检测模块和放大控制模块；
6.输入接口连接纠正模块、纠正模块连接放大模块、放大模块连接输出接口；从输入接口输入的数字音频信号被纠正模块进行时钟抖动的纠正，纠正后的音频数据发送至放大模块进行放大，并通过输出接口输出；
7.存储模块从播放器获取数字音频文件，并存储在存储模块中；能量分析模块从存储模块中提取待播放的或者正在播放的音频文件的波形振动曲线，并进行分析，提取波形特征并发送至检测模块；
8.检测模块从放大模块输出的信号中提取波形数据，并提取波形数据的特征；检测模块将能量分析模块发送的波形特征与放大模块实际播放的波形特征比较，并输出比较结果；
9.放大控制模块连接放大模块，对放大模块的放大率进行控制，从而控制放大模块的音量。
10.存储模块通过数据通过有线或者无线方式直接连接至音源或者通过输入接口连接至音源；并从音源处直接获取播放的整个音频文件；
11.能量分析模块从存储模块中获取音频文件并提取其振动曲线；波形振动曲线在能量分析模块中被提取特征；提取的特征包括随时间变化的能量变化曲线；其中能量变化曲
线包括分频后的多个子能量变化曲线。
12.能量变化曲线的获取方式为，首先将音频文件的振动曲线以时间间隔t进行分割，分割成多个音频片段；将音频片段进行频域转换，得到音频片段的频谱曲线；将音频片段的频谱按照频率分割成n段，然后将不同音频片段中同一段频率的频谱曲线作为一组，得到n组音频片段的频谱曲线；计算每一组中频谱曲线的总能量随时间的变换；得到n个随时间变化的能量变化曲线，记为标准能量变化曲线。
13.检测模块从放大模块中获取音频数据，并将获取的音频的振动曲线以时间间隔t进行分割，分割成多个音频片段；将音频片段进行频域转换，得到音频片段的频谱曲线；将音频片段的频谱按照频率分割成n段，然后将不同音频片段中同一段频率的频谱曲线作为一组，得到n组音频片段的频谱曲线；计算每一组中频谱曲线的总能量随时间的变换；得到n个随时间变化的能量变化曲线，记为实际能量变化曲线；
14.在检测模块中将实际能量变化曲线和标准能量变化曲线进行比较，比较方法为：
15.hn(t)＝fn(t)-gn(t)；
16.其中fn(t)表示第n个实际能量变化曲线，gn(t)表示第n个标准能量变化曲线，hn(t)表示第n个实际能量变化曲线与第n个标准能量变化曲线的差值；n取值范围为1至n，t表示时间自变量；也即比较每一个时刻第n个实际能量变化曲线与第n个标准能量变化曲线的差值；
17.之后：
18.h(t)＝k1·
h1(t) k2·
h2(t)
…
kn·hn
(t) kn·hn
(t)；
19.其中k1，k2，k3，
…
，kn，表示不同频段对应的权重；
20.检测模块中将h(t)输出至放大控制模块；放大控制模块根据h(t)的正负和大小调节放大模块的放大率，h(t)越大对应调节放大模块的放大率减小，h(t)越小对应调节放大模块的放大率提高，以此时间放大模块与音源中原始能量变化的一致，减少纠正模块造成的音量变化。
21.纠正模块包括参考时钟、采样率输入、i2s输入、缓存模块、频率合成模块和输出模块；
22.参考模块和采样率输入均连接至频率合成模块，频率合成模块对采样率进行本地时钟频率锁定，并进行本地时钟频率检测；将采样率与i2s输入时钟与本地时钟差值进行计算，进一步根据该差值设置缓存序列方向和缓存深度，实现矫正时钟偏差。
23.频率合成模块包括模式控制器1、计数窗产生器2、计数器3、同步分频器4、lut5、减法器6、fir滤波器7、滑模滤波器8、低噪声dac9、模拟环路滤波器10和宽带vco11；
24.参考模块输出10mhz高精度参考时钟至计数窗产生器2；
25.采样率信息送入由模式控制器1从而输出频率切换控制参数给lut5，同时控制滑模滤波器8的模式为快速频率切换，滤波后的控制数据送到低噪声dac9，通过模拟环路滤波器10之后输出到vco11；
26.vco输出送给同步分频器4，然后送到计数窗口产生器2和计数器3构成的频率测量器完成测频；频率测量结果送给lut5和模式控制器1，由模式控制器1对环路进行控制；
27.输入i2s数据送入大容量缓存15，模式控制器1通过lut5单元获取采样率信息与i2s输入时钟的差值，通过该差值设置fifo的缓存序列方向和缓存深度；
28.大容量缓存15的最大深度可确保74分钟cd碟片播放完毕，不出现泄露；同时设置有静音检测模块，静音检测是一种保护机制，在静音片段中重置大容量缓存15；通过重置大容量缓存15，可以确保系统持续稳定工作。
29.本发明的有益效果为：
30.本发明包括纠正模块，纠正模块设置于输入接口和放大模块之间，用于纠正时钟抖动的偏差。还设置了存储模块、能量分析模块、检测模块和放大控制模块；存储模块从播放器获取数字音频文件，并存储在存储模块中；能量分析模块从存储模块中提取待播放的或者正在播放的音频文件的波形振动曲线，并进行分析，提取波形特征并发送至检测模块；检测模块从放大模块输出的信号中提取波形数据，并提取波形数据的特征；检测模块将能量分析模块发送的波形特征与放大模块实际播放的波形特征比较，并输出比较结果，解决了由于纠正模块带来的音量变化和不稳定。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
32.附图1为本发明整体架构示意图；
33.附图2为本发明纠正模块连接结构示意图；
34.附图3为本发明电路结构示意图。
具体实施方式
35.实施例1：
36.参见图1-3，本发明提供一种数字音频去除抖动的稳定耳机放大器，包括输入接口、纠正模块、放大模块和输出接口；还包括存储模块、能量分析模块、检测模块和放大控制模块；
37.输入接口连接纠正模块、纠正模块连接放大模块、放大模块连接输出接口；从输入接口输入的数字音频信号被纠正模块进行时钟抖动的纠正，纠正后的音频数据发送至放大模块进行放大，并通过输出接口输出；
38.存储模块从播放器获取数字音频文件，并存储在存储模块中；能量分析模块从存储模块中提取待播放的或者正在播放的音频文件的波形振动曲线，并进行分析，提取波形特征并发送至检测模块；
39.检测模块从放大模块输出的信号中提取波形数据，并提取波形数据的特征；检测模块将能量分析模块发送的波形特征与放大模块实际播放的波形特征比较，并输出比较结果；
40.放大控制模块连接放大模块，对放大模块的放大率进行控制，从而控制放大模块的音量。
41.存储模块通过数据通过有线或者无线方式直接连接至音源或者通过输入接口连接至音源；并从音源处直接获取播放的整个音频文件；
42.能量分析模块从存储模块中获取音频文件并提取其振动曲线；波形振动曲线在能量分析模块中被提取特征；提取的特征包括随时间变化的能量变化曲线；其中能量变化曲线包括分频后的多个子能量变化曲线。
43.能量变化曲线的获取方式为，首先将音频文件的振动曲线以时间间隔t进行分割，分割成多个音频片段；将音频片段进行频域转换，得到音频片段的频谱曲线；将音频片段的频谱按照频率分割成n段，然后将不同音频片段中同一段频率的频谱曲线作为一组，得到n组音频片段的频谱曲线；计算每一组中频谱曲线的总能量随时间的变换；得到n个随时间变化的能量变化曲线，记为标准能量变化曲线。
44.检测模块从放大模块中获取音频数据，并将获取的音频的振动曲线以时间间隔t进行分割，分割成多个音频片段；将音频片段进行频域转换，得到音频片段的频谱曲线；将音频片段的频谱按照频率分割成n段，然后将不同音频片段中同一段频率的频谱曲线作为一组，得到n组音频片段的频谱曲线；计算每一组中频谱曲线的总能量随时间的变换；得到n个随时间变化的能量变化曲线，记为实际能量变化曲线；
45.在检测模块中将实际能量变化曲线和标准能量变化曲线进行比较，比较方法为：
46.hn(t)＝fn(t)-gn(t)；
47.其中fn(t)表示第n个实际能量变化曲线，gn(t)表示第n个标准能量变化曲线，hn(t)表示第n个实际能量变化曲线与第n个标准能量变化曲线的差值；n取值范围为1至n，t表示时间自变量；也即比较每一个时刻第n个实际能量变化曲线与第n个标准能量变化曲线的差值；
48.之后：
49.h(t)＝k1·
h1(t) k2·
h2(t)
…
kn·hn
(t) kn·hn
(t)；
50.其中k1，k2，k3，
…
，kn，表示不同频段对应的权重；
51.检测模块中将h(t)输出至放大控制模块；放大控制模块根据h(t)的正负和大小调节放大模块的放大率，h(t)越大对应调节放大模块的放大率减小，h(t)越小对应调节放大模块的放大率提高，以此时间放大模块与音源中原始能量变化的一致，减少纠正模块造成的音量变化。
52.纠正模块包括参考时钟、采样率输入、i2s输入、缓存模块、频率合成模块和输出模块；
53.参考模块和采样率输入均连接至频率合成模块，频率合成模块对采样率进行本地时钟频率锁定，并进行本地时钟频率检测；将采样率与i2s输入时钟与本地时钟差值进行计算，进一步根据该差值设置缓存序列方向和缓存深度，实现矫正时钟偏差。
54.频率合成模块包括模式控制器1、计数窗产生器2、计数器3、同步分频器4、lut5、减法器6、fir滤波器7、滑模滤波器8、低噪声dac9、模拟环路滤波器10和宽带vco11；
55.参考模块输出10mhz高精度参考时钟至计数窗产生器2；
56.采样率信息送入由模式控制器1从而输出频率切换控制参数给lut5，同时控制滑模滤波器8的模式为快速频率切换，滤波后的控制数据送到低噪声dac9，通过模拟环路滤波器10之后输出到vco11；
57.vco输出送给同步分频器4，然后送到计数窗口产生器2和计数器3构成的频率测量器完成测频；频率测量结果送给lut5和模式控制器1，由模式控制器1对环路进行控制；
58.输入i2s数据送入大容量缓存15，模式控制器1通过lut5单元获取采样率信息与i2s输入时钟的差值，通过该差值设置fifo的缓存序列方向和缓存深度；
59.大容量缓存15的最大深度可确保74分钟cd碟片播放完毕，不出现泄露；同时设置有静音检测模块，静音检测是一种保护机制，在静音片段中重置大容量缓存15；通过重置大容量缓存15，可以确保系统持续稳定工作。
60.实施例2：
61.参见图2-3，电路实例中具体包括模式控制器1、计数窗产生器2、计数器3、同步分频器4、lut5、减法器6、fir滤波器7、滑模滤波器8、低噪声dac9、模拟环路滤波器10和宽带vco11；还包括静音检测13、fifo控制14、大容量缓存fifo15、i2s时序生成12。
62.其中i2s时序与数据输入后分成3路，一路进入静音检测13后进入fifo控制14，第二路进入大容量缓存fifo15，第三路进入计数器3；输入i2s_mclk进入计数器3；
63.10mhz高精度参考时钟进入计数窗产生器2，之后进入计数器3；采样率输入模式控制器1后进入计数窗产生器2、lut5和滑模滤波器8(fir iir)；
64.模式控制器连接fifo控制14、lut5、和滑模滤波器8(fir iir)；
65.计数器3输出至lut5和减法器6，lut5输出至减法器和滑模滤波器8(fir iir)，减法器输出至fir滤波器7,；
66.滑模滤波器8(fir iir)输出至低噪声dac9后输出至模拟环路滤波器10之后再输出至宽带vco 11；
67.宽带vco输出至同步分频器4、i2s时序生成12和mclk输出；
68.i2s时序生成12输出至fifo控制14和i2s输出；fifo控制14连接大容量缓存fifo15；大容量缓存fifo15连接i2s时序生成12。
69.至此，以说明和描述的目的提供上述实施例的描述。不意指穷举或者限制本公开。特定的实施例的单独元件或者特征通常不受到特定的实施例的限制，但是在适用时，即使没有具体地示出或者描述，其可以互换和用于选定的实施例。在许多方面，相同的元件或者特征也可以改变。这种变化不被认为是偏离本公开，并且所有的这种修改意指为包括在本公开的范围内。
70.提供示例实施例，从而本公开将变得透彻，并且将会完全地将该范围传达至本领域内技术人员。为了透彻理解本公开的实施例，阐明了众多细节，诸如特定零件、装置和方法的示例。显然，对于本领域内技术人员，不需要使用特定的细节，示例实施例可以以许多不同的形式实施，而且两者都不应当解释为限制本公开的范围。在某些示例实施例中，不对公知的工序、公知的装置结构和公知的技术进行详细地描述。
71.在此，仅为了描述特定的示例实施例的目的使用专业词汇，并且不是意指为限制的目的。除非上下文清楚地作出相反的表示，在此使用的单数形式“一个”和“该”可以意指为也包括复数形式。术语“包括”和“具有”是包括在内的意思，并且因此指定存在所声明的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或额外地具有一个或以上的其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。除非明确地指示了执行的次序，在此描述的该方法步骤、处理和操作不解释为一定需要按照所论述和示出的特定的次序执行。还应当理解的是，可以采用附加的或者可选择的步骤。