一种朗读亭的音频信号处理系统的制作方法

本申请实施例涉及音频处理技术领域，尤其涉及一种朗读亭的音频信号处理系统。

背景技术：

随着社会不断发展，人们的精神需求也日益增长。为了提升城市居民的生活品质，丰富人们的精神需求，会在城市的各个区域设置朗读亭。朗读亭一般具有朗读、练习、演讲训练等功能，能够引导人们参与到阅读中，让人静下心来，回归自己内心，自由表达心声。

目前，大多数朗读亭都设置成沉浸式的隔音空间，朗读亭搭载了录音播放装置，在用户进行朗读的过程中，录音设备将用户的人声录入，并通过扬声器进行播放。用户可以在沉浸式的隔音空间中尽情朗读，以此来满足人们的精神追求。

但是，现有的朗读亭在使用时，其生成的朗读录音容易受到回声等噪声干扰，且朗读录音较为单调，导致用户朗读体验效果相对较差。

技术实现要素：

本申请实施例提供一种朗读亭的音频信号处理系统，能够优化朗读录音，消除录音回声，优化用户的朗读体验。

本申请实施例提供的一种朗读亭的音频信号处理系统，包括：麦克风输入电路、回声处理电路、背景音输入电路、dsp处理器、原声输出电路和混声输出电路；

所述麦克风输入电路的输出端连接所述回声处理电路的第一输入端，用于输入朗读声音信号，将朗读声音信号发送至所述回声处理电路；

所述回声处理电路的输出端连接所述dsp处理器，用于对朗读声音信号进行回声消除处理，并将回声消除处理后的朗读声音信号发送至所述dsp处理器；

所述背景音输入电路的输出端连接所述dsp处理器的第二输入端，用于提供背景音信号，将背景音信号发送至所述dsp处理器；

所述dsp处理器的输出端连接所述原声输出电路的输入端，用于对朗读声音信号进行数字音频处理得到对应的原声音频，并发送至所述原声输出电路以将原声音频输出至对应的音频输出接口；

所述dsp处理器的输出端还连接所述混声输出电路的输入端，用于对原声音频和背景音信号进行混音及数字音频处理，得到对应的混声音频并发送至所述混声输出电路以将混声音频输出至对应的音频输出接口。

进一步的，所述麦克风输入电路包括四个麦克风输入接口及混音模块，所述混音模块的输入端与所述麦克风输入接口的输出端连接，用于从所述麦克风输入接口拾取朗读声音信号，对朗读声音信号进行混音处理。

进一步的，所述混音模块的电路包括四个第一滤波电容、四个第一电阻、运算放大器、第二电阻及第二滤波电容，每个所述第一滤波电容的第一端分别连接一个所述麦克风输入接口的输出端，每个所述第一滤波电容的第二端分别连接一个所述第一电阻的第一端，每个所述第一电阻的第二端连接所述运算放大器的反相输入端，所述运算放大器的同相输入端用于接入基准电压信号，所述运算放大器的输出端连接所述第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端连接所述第二滤波电容的第一端及所述混音模块的输出端，所述第二滤波电容的第二端接地。

进一步的，所述麦克风输入接口支持连接动圈麦克风或电容麦克风。

进一步的，所述麦克风输入电路还包括降噪处理模块，所述降噪处理模块的输入端连接所述混音模块的输出端，所述降噪处理模块的输出端连接所述回声处理电路，用于连接收到的朗读声音信号做降噪处理并发送至所述回声处理电路。

进一步的，所述原声输出电路包括i2s输出模块和单声道输出模块，所述i2s输出模块用于通过i2s总线接收所述dsp处理器发送的原声音频，将原声音频直接输出至对应的音频输出接口；所述单声道输出模块用于通过i2s总线接收所述dsp处理器发送的原声音频，对原声音频进行数模转换，信号放大一倍并切换为单声道输出至对应的音频输出接口。

进一步的，所述单声道输出模块还连接有混响处理电路，所述混响处理电路的输出端连接模数转换器的输入端，所述模数转换器的输出端连接所述dsp处理器的第三输入端；

所述混响处理电路用于对所述单声道输出模块通过数模转换后的原声音频进行混响处理，将混响处理后的原声音频发送至所述模数转换器，所述模数转换器将混响处理后的原声音频进行模数转换后输入所述dsp处理器，用于与背景音信号进行混音及数字音频处理得到对应的混声音频。

进一步的，所述dsp处理器包括混响处理电路，所述混响处理电路用于对所述dsp处理器通过数字音频处理得到的原声音频进行混响处理，将混响处理后的原声音频与背景音信号进行混音及数字音频处理得到对应的混声音频。

进一步的，所述混声输出电路包括扬声器输出模块、lineout输出模块和耳机输出模块，所述扬声器输出模块用于将混声音频进行d类功放处理后输出至扬声器接口；所述lineout输出模块用于将混声音频放大一倍后输出至lineout接口；所述耳机输出模块用于将混声音频放大一倍后输出至耳机接口。

进一步的，所述混声输出电路还包括控制板输出模块，所述控制板输出模块用于将混声音频放大一倍后输出至控制板的存储器。

本申请的通过dsp处理器分别连接麦克风输入电路和背景音输入电路，分别接收朗读声音信号和背景音信号，其中朗读声音信号预先通过回声处理电路进行回声消除处理，以避免回声对朗读录音的干扰。dsp处理器通过对朗读声音信号和背景音信号进行混音及数字音频处理，得到对应的混声音频并输出。用户在使用朗读亭进行朗读时，即可听到朗读声音伴随着背景音乐进行播放，避免人声录音播放的单调性，使朗读录音更为优美、悦耳，以此来优化用户的朗读体验。

此外，本申请还通过dsp处理器单独对朗读声音信号进行数字音频处理，得到对应的原声音频，便于用户获取自身清晰干净的原声朗读录音，以满足用户对朗读录音的不同应用需求。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种朗读亭的音频信号处理系统的结构示意图；

图2是本申请实施例中的动圈麦克风输入电路示意图；

图3是本申请实施例中的电容麦克风输入电路示意图；

图4是本申请实施例中的背景音输入电路示意图；

图5是本申请实施例中的混音模块电路示意图；

图6是本申请实施例中的原声输出电路示意图；

图7是本申请实施例中的lineout输出模块电路示意图；

图8是本申请实施例中的耳机输出模块电路示意图；

图9是本申请实施例中的扬声器输出模块电路示意图；

图10是本省请实施例中的控制板输出模块电路示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本申请具体实施例作进一步的详细描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

本申请提供的朗读亭的音频信号处理系统，旨在用于朗读亭的应用场景中，提供朗读声音信号的回声处理电路，以消除用户朗读过程中的回声对用户朗读声音录入的干扰。并且，本申请还通过分别设置麦克风输入电路和背景音输入电路，以分别接收朗读声音信号和背景音乐声音信号。并进一步通过dsp处理器对两种声音信号进行混音及数字音频处理得到对应的混声音频并输出。使得用户在使用本申请实施例的朗读亭的音频信号处理系统进行朗读时，用户朗读的声音能够伴随着背景音乐进行播放，以此来优化朗读录音的处理，优化用户对朗读亭的使用体验。相对于现有的朗读亭，其在对用户的朗读声音进行处理时，通常只是简单的将用户的朗读声音转换成立体声进行播放，用户听到的朗读录音只有自己朗读的声音，这种朗读录音的播放方式难免过于单调，用户对朗读亭的使用体验相对较差。此外，由于用户在进行朗读时，朗读录音会实时从扬声器播出，这部分朗读录音在相对封闭的朗读亭中容易产生回音。回音会进一步通过麦克风输入电路与用户的朗读声音一并录入，这就导致之后的朗读录音播放时，会出现回音干扰用户朗读声音的情况，进一步影响用户的朗读体验。基于此，提供本申请实施例的朗读亭的音频信号处理系统，已解决现有朗读亭回声干扰、朗读录音单调的技术问题。

实施例：

图1给出了本申请实施例提供的一种朗读亭的音频信号处理系统的结构示意图，参照图1，该音频信号处理系统具体包括：麦克风输入电路、回声处理电路、背景音输入电路、dsp(数字信号处理)处理器、原声输出电路和混声输出电路；所述麦克风输入电路的输出端连接所述回声处理电路的第一输入端，用于输入朗读声音信号，将朗读声音信号发送至所述回声处理电路；所述回声处理电路的输出端连接所述dsp处理器，用于对朗读声音信号进行回声消除处理，并将回声消除处理后的朗读声音信号发送至所述dsp处理器；所述背景音输入电路的输出端连接所述dsp处理器的第二输入端，用于提供背景音信号，将背景音信号发送至所述dsp处理器；所述dsp处理器的输出端连接所述原声输出电路的输入端，用于对朗读声音信号进行数字音频处理得到对应的原声音频，并发送至所述原声输出电路以将原声音频输出至对应的音频输出接口；所述dsp处理器的输出端还连接所述混声输出电路的输入端，用于对原声音频和背景音信号进行混音及数字音频处理，得到对应的混声音频并发送至所述混声输出电路以将混声音频输出至对应的音频输出接口。

示例性的，在朗读亭中，设置麦克风、音频信号处理系统、扬声器、人机交互终端等设备。当用户进行朗读时，通过麦克风采集用户的朗读声音。若用户希望扬声器播放用户本人的声音，则通过本申请实施例的音频信号处理系统直接对朗读声音信号进行回声消除处理、数字音频处理得到对应的原声音频，原声音频输出至朗读亭中的扬声器进行实时播放，则用户通过扬声器即可听到自己实时的朗读声音。若用户希望扬声器播放自己的朗读声音可以伴随着背景音乐实时播放，则用户通过人机交互终端选择一背景音乐，表示将用户本人的朗读声音与该背景音乐进行混音播放。人机交互终端根据用户的这一选择，从内部存储中提取这一背景音乐，将对应的背景音信号输入音频信号处理系统。音频信号处理系统通过接收背景音信号和用户的朗读声音信号，进行混音及数字音频处理，得到两者混合在一起的混声音频，混声音频输出至扬声器进行播放，用户即可听到自己的朗读声音伴随着背景音乐实时播放。以此来优化用户的使用体验。

具体的，本申请实施中通过设置麦克风输入电路和背景音输入电路提供两路声音信号。其中，通过麦克风输入电路接收麦克风采集的朗读声音信号，通过背景音输入电路获取预先存储的背景音信号。在用户使用朗读亭时，通过麦克风实时拾取用户的朗读声音信号(模拟信号)，并对拾取到的朗读声音信号进行电压幅度放大1倍，并通过麦克风输入电路连接麦克风接入朗读声音信号。麦克风输入电路包括四个麦克风输入接口及混音模块，麦克风输入接口支持动圈麦克风和电容麦克风两个类型的麦克风，其中，电容麦克风使用48v幻象电源供电。参照图2-图3，提供动圈麦克风输入电路和电容麦克风输入电路。通过两种不同的麦克风输入电路以接入不同麦克风采集的朗读声音信号。参照图5，提供混音模块的电路图，混音模块的输入端与麦克风输入接口的输出端连接，用于从麦克风输入接口拾取朗读声音信号，对朗读声音信号进行混音处理。进一步的，麦克风输入电路还包括降噪处理模块，降噪处理模块的输入端连接混音模块的输出端，降噪处理模块的输出端连接回声处理电路，用于连接收到的朗读声音信号做降噪处理并发送至回声处理电路。混音模块先将各个麦克风输入接口接收到的声音信号混合成一个声波(单声道)，再输入到降噪处理模块中进行降噪处理。具体的，混音模块的电路包括四个第一滤波电容、四个第一电阻、运算放大器、第二电阻及第二滤波电容，每个所述第一滤波电容的第一端分别连接一个所述麦克风输入接口的输出端，每个所述第一滤波电容的第二端分别连接一个所述第一电阻的第一端，每个所述第一电阻的第二端连接所述运算放大器的反相输入端，所述运算放大器的同相输入端用于接入基准电压信号，所述运算放大器的输出端连接所述第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端连接所述第二滤波电容的第一端及所述混音模块的输出端，所述第二滤波电容的第二端接地。进一步的，由于噪声主要为低频的声波，因此降噪处理模块采用与外界噪音相等的反相声波来进行噪音消除。通过该反相声波将噪音中和，以消除外界的低频噪声。完成噪声消除后，降噪处理模块将朗读声音信号发送至回声处理电路进行回声消除处理。本申请实施例对应各个麦克风输入接口输入的声音信号先混音成一个声波，再进行降噪和回声消除处理，以此来省去对每个麦克风输入接口输入的声音信号单独去噪和回声消除的步骤。

进一步的，由于麦克风采集的朗读声音信号包含了此前扬声器播放出的声音在朗读亭中所产生的回音，因此，本申请实施例在将朗读声音信号输入dsp处理器进行数字音频处理时，会预先对朗读声音信号进行回声消除处理。通过降噪处理模块将朗读声音信号输入回声处理电路，回声处理电路针对扬声器播放声音时在朗读亭空间中产生的回声，在音源的输出端(原声输出电路或混声输出电路)，同步采集一个音频信号，对该音频信号做一定延时的位移和反相，同时根据实际使用条件的不同，将该信号的幅度放大到不同的幅度值范围，并将处理后的音频信号返回到回声处理电路作为参考输入信号。将该参考输入信号与朗读声音信号进行逻辑加的处理，从而抵消掉回音，剩下清晰的人声，以此来实现朗读声音信号的回声消除处理。本申请实施例中，降噪处理模块和回声处理电路集成在一起，在实际应用中，也可对应朗读声音信号的降噪和回声处理设置两个不同的电路模块分别进行声音信号的处理。此外，降噪和回声处理还可以设置在dsp处理器中，在dsp处理器中进行朗读声音信号的降噪及回声消除处理。通过利用降噪模块消除低频噪声，同时利用音源输出端(原声输出电路或混声输出电路)输出的音频信号作为回声处理电路的参考输入信号，有效地消除了扬声器播放的声音和朗读时候的回声，使最终输出的朗读作品人声清晰干净，提升用户的朗读体验。

另一方面，参照图4，提供本申请实施例的背景音输入电路部分，背景音输入电路还可以连接中央处理器(cpu)，中央处理器存储有对应的背景音信号，用于将内部存储的背景音信号放大一倍后发送至dsp处理器。具体的，cpu根据指令对以文件数据存储的音频文件(背景音乐)进行同步解码并分离出背景音信号后，将背景音信号从背景音输入电路以立体声输入，通过对背景音信号放大1倍后经a/d转换输入dsp处理器中。可以理解的是，该cpu可以是朗读亭中人机交互终端的cpu，其根据与用户的人机交互确定用户选择的背景音乐，并从内部存储中提取对应的背景音乐输入dsp处理器。cpu也可以是系统单独设置的模块，其根据人机交互终端的指令，从内部存储中提取对应的背景音乐并输入dsp处理器做进一步处理。

之后，朗读声音信号与背景音信号分别通过dsp处理器不同的输入端输入dsp处理器进行数字音频处理。其中，根据用户选择生成的朗读录音是单纯人声的原声音频还是混合背景音乐的混声音频，dsp处理器采用不同的处理方式进行数字音频处理。若用户只需要单纯人声的原声音频，则在dsp处理器中，对应输入的朗读声音信号，先根据实际需要通过音量调节修改信号增益，再通过滤波和eq均衡调节过滤掉高频和低频的信号，并对信号中各频率的增益进行调节。之后，通过音量调节再次调节信号的增益。此处对朗读声音信号的两次音量调节，第一次是信号输入级的调节，第二次是用户级的调节。最终，通过把单声道的朗读声音信号先复制为左声道，然后复制一份到右声道，将单声道的朗读声音信号转化为立体声，实现立体声的转换，即可通过i2s总线从dsp处理器中输出至原声输出电路。

进一步的，原声输出电路包括i2s输出模块和单声道输出模块，i2s输出模块用于通过i2s总线接收dsp处理器发送的原声音频，将原声音频直接输出至对应的音频输出接口；单声道输出模块用于通过i2s总线接收dsp处理器发送的原声音频，对原声音频进行数模转换，信号放大一倍并切换为单声道输出至对应的音频输出接口。原声输出电路如图6所示，原声输出电路通过i2s输出模块支持直接输出数字信号的原声音频。也可以通过单声道输出模块，利用d/a转换器转换为模拟信号，并经放大一倍单声道后将单声道的原声音频输出至对应的音频输出接口，原声音频通过单声道传输可以减低硬件成本。以此即可完成原声音频的处理输出，用户根据不同的需求，通过两个音频输出接口即可获取该原声音频。

另一方面，若用户需要的是朗读声音混合背景音乐的混声音频，则dsp处理器根据背景音信号和朗读音信号进行数字音频处理。其中，背景音信号进入dsp处理器后，通过音量调节改变背景音信号的增益。进一步对信号进行均衡调节并对信号中各频率的组成泛音等级加以修改。其中，均衡效果的调节可以自动修改，也可以通过人机交互终端的交互界面供用户进行修改。之后，通过混音处理将上述dsp处理器处理等到的背景音信号和经数字音频处理的背景音信号混合成立体声以输出至不同的混声输出电路。需要说明的是，在进行背景音信号和朗读声音信号的混音处理时，朗读声音信号的来源可以是dsp处理器中经过降噪和回声处理的单声道音频信号，也可以是上述经单声道转换的立体声音频信号，还可以是将立体声经过混响处理后的音频信号。

具体的，混响处理电路可以设置在原声输出电路中，也可以是设置在dsp处理器中。其中，若设置在原声输出电路中，则通过单声道输出模块连接混响处理电路，混响处理电路的输出端连接模数转换器的输入端，模数转换器的输出端连接dsp处理器的第三输入端。混响处理电路用于对单声道输出模块通过数模转换后的原声音频进行混响处理，将混响处理后的原声音频发送至模数转换器，模数转换器将混响处理后的原声音频进行模数转换后输入dsp处理器，用于与背景音信号进行混音及数字音频处理得到对应的混声音频。混响模块包括延迟时间调节电路、混响幅度调节电路和混响次数调节电路。对应混响处理及模数转换后输入dsp处理器中，在dsp处理器进行滤波和eq均衡调节，将调节后的朗读声音信号与原声音频进行处理。若在dsp处理器中设置混响处理电路，则混响处理电路用于对dsp处理器通过数字音频处理得到的原声音频进行混响处理，将混响处理后的原声音频直接与背景音信号进行混音及数字音频处理得到对应的混声音频。

最终，将背景音信号和朗读声音信号混合后的立体声输出至混声输出电路，混声输出电路包括扬声器输出模块、lineout输出模块和耳机输出模块。其中，lineout输出模块的电路如图7所示，lineout输出模块用于将混声音频放大一倍后输出至lineout接口；耳机输出模块如图8所示，耳机输出模块用于将混声音频放大一倍后输出至耳机接口；扬声器输出模块如图9所示，扬声器输出模块用于将混声音频进行d类功放处理后输出至扬声器接口。此外，为了便于用户下载自己的朗读录音，该混声输出电路还包括控制板输出模块，控制板输出模块如图10所示，控制板输出模块用于将混声音频放大一倍后输出至控制板的存储器。用户可通过控制板输出模块，使用相关设备将混声音频下载至对应的存储器中。具体的，混声输出电路的四个音频输出通道，其第一通道经音量调节，classd功放到扬声器进行输出；第二条通道是经音量调节，放大1倍后到lineout输出，lineout是将声卡处理后的模拟信号通过lineout接口输出到音箱等音频设备上的音频输出通道(预留接口)；第三条通道是将混声音频经音量调节，放大1倍后到耳机输出。第四条通道是经音量调节，放大1倍后输出到控制板(安卓系统板)。并且，混声音频的格式支持mp3、wave、cd、flac等常用音频格式，作品自动保存在系统的文件服务器中，同时支持使用移动存储设备拷贝音频文件。

更具体的，本申请实施例中，将背景音信号通过音量调节和均衡调节后将背景音信号分成两路，其中一路与dsp处理器中经过音量、滤波和均衡调节后的朗读声音信号进行混音，生成混声音频，混声音频输出至混声输出电路的扬声器输出模块和lineout输出模块。另一路背景音信号与上述混响处理后的朗读声音信号进行混音，生成混声音频，混声音频输出至耳机输出模块和控制板输出模块。通过不同的混音方式，以适应不同输出通道对混声音频的需求。

上述，通过dsp处理器分别连接麦克风输入电路和背景音输入电路，分别接收朗读声音信号和背景音信号，其中朗读声音信号预先通过回声处理电路进行回声消除处理，以避免回声对朗读录音的干扰。dsp处理器通过对朗读声音信号和背景音信号进行混音及数字音频处理，得到对应的混声音频并输出。用户在使用朗读亭进行朗读时，即可听到朗读声音伴随着背景音乐进行播放，避免人声录音播放的单调性，使朗读录音更为优美、悦耳，以此来优化用户的朗读体验。

此外，本申请还通过dsp处理器单独对朗读声音信号进行数字音频处理，得到对应的原声音频，便于用户获取自身清晰干净的原声朗读录音，以满足用户对朗读录音的不同应用需求。

上述仅为本申请的较佳实施例及所运用的技术原理。本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行的各种明显变化、重新调整及替代均不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由权利要求的范围决定。