專利名稱：一種調(diào)整輸入信號動態(tài)范圍的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及信號處理領域，用于動態(tài)調(diào)整輸入信號動態(tài)范圍，尤其適用于音 頻播放芯片領域，或其他需要調(diào)整輸入信號動態(tài)范圍的領域。
技術背景 在通信領域，面對面或是通過電話、廣播等載體用音頻信號進行信息交流是最常 見的方式之一。音頻信號在通信中的重要位置使得我們不得不要求高質量的音頻質量。而 音頻信號的動態(tài)范圍(Dynamic Range)成為制約音頻信號質量的一個關鍵因素；動態(tài)范圍 是諸如功率、電流、電壓或頻率那樣的參數(shù)規(guī)定的最大級別與該參數(shù)最小可檢測的級別的 比值。在音頻信號處理領域中，術語動態(tài)范圍是指通常被稱為信號電平的功率級別的動態(tài) 范圍；一個信號系統(tǒng)的動態(tài)范圍被定義成最大不失真電平和噪聲電平的差。而在實際用途 中，多用對數(shù)和比值來表示一個信號系統(tǒng)的動態(tài)范圍。信號電平通常以分貝(dB)來計量， 以及動態(tài)范圍通常被表示為在最大信號電平與最小信號電平之間的差別，以dB計。動態(tài)范 圍大，說明該設備能有效處理的信號的強弱范圍大；動態(tài)范圍小，說明該設備本身噪聲大或 對細節(jié)表現(xiàn)差或不能承受強烈信號的沖擊。從音樂播放的角度來說，過大的動態(tài)范圍會使音頻功放過載，引起嘯叫聲；而過小 的動態(tài)范圍又會使聽者產(chǎn)生聽覺疲勞。此時適當調(diào)整音頻信號的動態(tài)范圍就是必須的。從 單麥克風消噪的角度來說，若背景噪聲比目標語音分貝值小，但差別不大時，若不對這種差 別進行放大則無法成功實現(xiàn)降低背景噪聲的目標。此時增大音頻信號的動態(tài)范圍就是必須 的。因此，動態(tài)范圍的調(diào)節(jié)是非常必要的。以市場上的現(xiàn)有技術而言，絕大部分產(chǎn)品使用的動態(tài)范圍控制(DRC，Dynamic Range Control)均運用輸入信號的功率或平方根均值(RMS，Root MeanSquare)作為調(diào)整 的依據(jù)，這種方法不能很好的實時反映信號峰值的變化，速度較慢，有一定的滯后性。雖然 輸入信號的功率實現(xiàn)簡單，但是較輸入信號的波形包絡值相比有一定的滯后性。

實用新型內(nèi)容本實用新型解決的現(xiàn)有技術問題是音頻信號使用的動態(tài)范圍控制有一定的滯后 性。為解決上述技術問題，本實用新型提供如下技術方案—種調(diào)整輸入信號動態(tài)范圍的裝置，包括用于計算輸入信號包絡的包絡計算模 塊；連接包絡計算模塊，并計算所述包絡計算模塊輸出信號增益的增益計算模塊；連接所 述增益計算模塊，并對輸入信號與增益計算模塊的輸出信號作乘法運算的輸出信號計算模 塊。本實用新型涉及的一種調(diào)整輸入信號動態(tài)范圍的裝置，采用包絡計算模塊實時計 算信號的包絡，可以實時反映出信號峰值的變化，這樣將輸入信號波形的包絡值作為動態(tài) 范圍調(diào)整的依據(jù)可以減小現(xiàn)有技術中的滯后效應。
圖1是本實用新型實施例的原理框圖；圖2是本實用新型另一實施例的原理框圖；圖3是本實用新型實施例中包絡計算模塊的原理圖；圖4是本實用新型另一實施例中增益軟調(diào)節(jié)模塊的原理圖；圖5是本實用新型實施例中輸出信號計算模塊的原理圖；圖6是本實用新型實施例的輸入信號波形圖；圖7是圖6的輸入信號經(jīng)過本實用新型實施例的輸出波形圖。
具體實施方式
為了使本實用新型所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下 結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施 例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。圖1所示本實用新型實施例的原理框圖；一種調(diào)整輸入信號動態(tài)范圍的裝置，包 括用于計算輸入信號X(n)包絡的包絡計算模塊11，其中η代表某一時刻的數(shù)據(jù)，n-1代表 η時刻的前一時刻的數(shù)據(jù)；連接包絡計算模塊，并計算所述包絡計算模塊輸出信號xerwfc) 增益的增益計算模塊12 ；連接所述增益計算模塊，并對輸入信號χ (η)與增益計算模塊的輸 出信號ADJUST_s0ft(n)作乘法運算的輸出信號計算模塊13。本實用新型涉及的一種調(diào)整輸入信號動態(tài)范圍的裝置，采用包絡計算模塊實時計 算信號的包絡，可以實時反映出信號峰值的變化，這樣將輸入信號波形的包絡值作為動態(tài) 范圍調(diào)整的依據(jù)可以減小現(xiàn)有技術中的滯后效應。圖2是本實用新型另一實施例的原理框圖；在圖1的基礎上，圖1中的增益計算模 塊12進一步包括分段計算所述包絡計算模塊輸出信號xerwfc)增益的可調(diào)增益控制模塊 1211，對可調(diào)增益控制模塊1211的輸出信號ADJUST (η)進行計算，得到其增益調(diào)節(jié)時間的 增益軟調(diào)節(jié)模塊122。圖3是本實用新型實施例中包絡計算模塊的原理圖；包絡計算模塊11包括絕對值 模塊Al，比較判斷模塊Α2，包絡參數(shù)計算模塊A3，第一包絡計算模塊Α4，第二包絡計算模塊 Α5，包絡選擇模塊Α6，延遲單元Α7 ；所述絕對值模塊Al將輸入信號χ (η)取絕對值后輸出， 所述絕對值模塊Al的輸出端連接比較判斷模塊Α2的第一輸入端、第一包絡計算模塊Α4第 一輸入端和第二包絡計算模塊Α5的第一輸入端；所述包絡參數(shù)計算模塊A3的三個輸入端 連接外部三個參數(shù)端口，包絡參數(shù)計算模塊A3的第一輸出端和第二輸出端連接第一包絡 計算模塊Α4的第二輸入端和第三輸入端，包絡參數(shù)計算模塊A3的第三輸出端和第四輸出 端連接第二包絡計算模塊Α5的第二輸入端和第三輸入端；第一包絡計算模塊Α4的輸出端 連接包絡選擇模塊Α6的第一輸入端；第二包絡計算模塊Α5的輸出端連接包絡選擇模塊Α6 的第二輸入端；包絡選擇模塊Α6的第三輸入端連接比較判斷模塊Α2的輸出端，包絡選擇模 塊Α6的輸出端連接延遲單元Α7的輸入端，延遲單元Α7的輸出端連接比較判斷模塊Α2的 第二輸入端、第一包絡計算模塊Α4的第四輸入端、第二包絡計算模塊Α5的第四輸入端；延 遲單元Α7的輸出信號xerwfc-l)作為一反饋信號輸入給比較判斷模塊A2、第一包絡計算模塊A4、第二包絡計算模塊A5。在包絡計算模塊11中包括了絕對值模塊Al，這樣先通過對原有信號去絕對值運算，再進一步計算出信號的包絡值，這樣的絕對值運算可以更加精確地得到信號的包絡值。包絡計算模塊11的工作原理如下輸入信號x(n)首先進入如圖3所示的絕對值模塊Al，得到信號x(n)的絕對值 x(n)；絕對值|X(n)|再經(jīng)過比較判斷模塊A2與包絡延遲信號xenv(n-l)做比較，若 χ (η) I >= xenv(n-l)，A2輸出使能信號ENB = 1，否則ENB = 0。包絡參數(shù)計算模塊模塊
A3有三個外部參數(shù)，分別是采樣頻率Fs，輸入信號χ (η)的包絡xenv(n)的上升時間ATT和 下降時間DET，輸出信號為包絡參數(shù)計算模塊A3的第一輸出端信號Gin、參數(shù)計算模塊A3 的第二輸出端信號Ginl、參數(shù)計算模塊A3的第三輸出端信號Gde、參數(shù)計算模塊A3的第四 輸出端信號Gdel。其中Gin = exp(-l/Fs/ΑΤΤ)；Ginl = 1-Gin, Gde = exp (-1/Fs/DET)；Gdel = I-Gde0信號Gin和信號Ginl輸入到第一包絡計算模塊A4，Gde和Gdel輸入到第二包絡 計算模塊A5 ；在第一包絡計算模塊A4中信號Gin、信號Ginl、輸入信號絕對值|x(n) |和包 絡延時信號xenvOi-l)計算得到包絡xerwl (η)，在第二包絡計算模塊A5中信號Gde、信號 Gdel、輸入信號絕對值|x(n) I和包絡延時信號xenvOi-l)計算得到包絡xenv2 (η)。其中xenvl (η) = Gin^xenv (n-1)+Ginl*|χ (η)；xenv2 (η) = Gde^xenv(η_1)+Gdel氺|χ(η) |。比較判斷模塊Α2的輸出使能信號ENB，包絡xenvl (η)和包絡XenV2 (η)被送到包 絡選擇模塊Α6，得到包絡信號xenv (η)當 ENB = 1 時，xenv (η) = xenvl (η)；當 ENB = 0 時，xenv (η) = xenv2 (η)。由此得到輸入信號χ (η)的包絡信號xenv (η)?？烧{(diào)增益控制模塊121的工作原理如下包絡信號xenv (η)進入可調(diào)增益控制模塊121生成控制增益ADJUST (η)。將增益 劃分為幾個階段，假設由小到大依次表示為Thre_n0iSe，Thre, T_M，這幾個參數(shù)可認為是 相應的門限；其中T_M = (l_nl)*Thre+nl*Max_out ； 1/nl 為增益的斜率，Max_out 為增益輸出最大值。首先將xenv (η)單位V轉換成單位dBV，用Xenv_dB (η)表示，得到xenv_dB (η) = 20氺IoglO(xenv (η))；利用以下公式分段計算ADJUST (η)當 xnev_dB (η) >= Τ_Μ 時，ADJUST (η) = Max_out-xenv_dB (η)；當 Thre < = xenv_dB (η) < = Τ_Μ 時，ADJUST (η) = (1-1/nl) * (Thre_xenv_ dB(n))；當 Thre_noise <= xenv_dB (η) <= Thre 時，ADJUST (η) = 0 ；當 xenv_dB(n) < Thre_noise 時，ADJUST (η) = -40 ；[0044]由此得到可調(diào)增益控制模塊121的輸出信號控制增益ADJUST (η)。圖4是本實用新型另一實施例中增益軟調(diào)節(jié)模塊的原理圖；增益軟調(diào)節(jié)模塊122 包括第一軟調(diào)節(jié)模塊Cl、第二軟調(diào)節(jié)模塊C2、選擇模塊C3 ；所述第一軟調(diào)節(jié)模塊Cl的輸入 端與第二軟調(diào)節(jié)模塊C2的輸入端、選擇模塊C3的第一輸入端連接，第一軟調(diào)節(jié)模塊Cl的 輸出端連接選擇模塊C3的第二輸入端，第二軟調(diào)節(jié)模塊C2的輸出端連接選擇模塊C3的第 三輸入端。可調(diào)增益控制模塊121的輸出信號控制增益ADJUST (η)經(jīng)過增益軟調(diào)節(jié)模塊122 生成軟調(diào)節(jié)增益ADJUST_s0ft(n)；第一軟調(diào)節(jié)模塊Cl內(nèi)部設置有三個參數(shù)，分別為增益的 上升時間Tr、采樣頻率FsU-Tr ；第二軟調(diào)節(jié)模塊C2內(nèi)部設置有三個參數(shù)，分別為增益的下 降時間Ta、采樣頻率Fs、l_Ta。工作原理如下控制增益ADJUST(n)、上升時間Tr、采樣頻率Fs、I-Tr四個信號經(jīng)過第一軟調(diào)節(jié) 模塊Cl得到上升的調(diào)節(jié)增益ADJUST_Rel (η)；控制增益ADJUST (η)、下降時間Ta、采樣頻率 FsU-Ta四個信號經(jīng)過第二軟調(diào)節(jié)模塊C2得到下降的調(diào)節(jié)增益ADJUST_Att (η)。在第一軟調(diào)節(jié)模塊Cl中有 alpha_Rel = l~exp(-1/Fs/Tr)；ADJUST_Rel(η) = ADJUST(η)*(l_alpha_Rel)+ADJUST_Rel(n_l)*alpha_Rel。其 中ADJUST_Rel (n-1)為η時刻的上一時刻η_1的上升調(diào)節(jié)增益。在第二軟調(diào)節(jié)模塊C2中有alpha_Att = l_exp(-1/Fs/Ta)；ADJUST_Att(η) = ADJUST (η)*(l_alpha_Att)+ADJUST_Att(η_1)*alpha_Att。其 中ADJUST_Att (n-1)為η時刻的上一時刻η_1的下降調(diào)節(jié)增益。從而得到上升的調(diào)節(jié)增益ADJUST_Rel (η)和下降的調(diào)節(jié)增益ADJUST_Att (η)。上 升的調(diào)節(jié)增益ADJUST_Rel (η)、下降的調(diào)節(jié)增益ADJUST_Att (η)、控制增益ADJUST (η)作為 選擇模塊C3的輸入信號，其中控制增益ADJUST (η)作為控制信號當 ADJUST (η) > = 0 時，ADJUST_soft (η) = ADJUST_Rel ；當 ADJUST (η) < 0 時，ADJUST_soft (η) = ADJUST_Rel。由此得到軟調(diào)節(jié)增益ADJUST_soft (η)。圖5是本實用新型實施例中輸出信號計算模塊的原理圖；輸出信號計算模塊13包 括dBV/V轉換模塊131和乘法器132 ；dBV/V轉換模塊131的輸入端連接增益軟調(diào)節(jié)模塊 122中選擇模塊C3的輸出端，dBV/V轉換模塊131的輸出端連接乘法器132的第二輸入端， 乘法器132的第一輸入端連接輸入信號χ (η)。dBV/V轉換模塊131的輸入信號為軟調(diào)節(jié)增益ADJUST_soft (η)，經(jīng)過轉換得到 dBV/V轉換模塊131的輸出Gain (η)，由單位dBV轉換成單位V，Gain (n) = 10ADJUST_ soft (η)/20 ；整個裝置的輸入信號χ (η)和dBV/V轉換模塊131的輸出Gain(Ii)作為乘法器 132的輸入，在乘法器132內(nèi)部作乘法處理，由此得到最終的輸出信號y (η)。圖6是本實用新型實施例的輸入信號波形圖；圖7是圖6的輸入信號經(jīng)過本實用 新型實施例的輸出波形圖。由兩圖可以看出經(jīng)過本實用新型裝置后得到的輸出信號，幅度 在門限之外的部分在Ta時間內(nèi)降到門限之內(nèi)；同理，幅度小的部分在Tr時間內(nèi)得到放大， 其過程都是平滑過度的，不會產(chǎn)生毛刺。[0061] 以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本 實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型 的保護范圍之內(nèi)。
權利要求一種調(diào)整輸入信號動態(tài)范圍的裝置，其特征在于，包括用于計算輸入信號包絡的包絡計算模塊；連接包絡計算模塊，并計算所述包絡計算模塊輸出信號增益的增益計算模塊；連接所述增益計算模塊，并對輸入信號與增益計算模塊的輸出信號作乘法運算的輸出信號計算模塊。
2.根據(jù)權利要求1所述的調(diào)整輸入信號動態(tài)范圍的裝置，其特征在于所述增益計算 模塊進一步包括分段計算所述包絡計算模塊輸出信號增益的可調(diào)增益控制模塊，對可調(diào)增 益控制模塊的輸出信號進行計算，得到其增益調(diào)節(jié)時間的增益軟調(diào)節(jié)模塊。
3.根據(jù)權利要求2所述的調(diào)整輸入信號動態(tài)范圍的裝置，其特征在于所述增益軟調(diào) 節(jié)模塊包括第一軟調(diào)節(jié)模塊、第二軟調(diào)節(jié)模塊、選擇模塊；所述第一軟調(diào)節(jié)模塊的輸入端與 第二軟調(diào)節(jié)模塊的輸入端、選擇模塊的第一輸入端連接，第一軟調(diào)節(jié)模塊的輸出端連接選 擇模塊的第二輸入端，第二軟調(diào)節(jié)模塊的輸出端連接選擇模塊的第三輸入端。
4.根據(jù)權利要求1所述的調(diào)整輸入信號動態(tài)范圍的裝置，其特征在于所述包絡計算 模塊包括絕對值模塊，比較判斷模塊，包絡參數(shù)計算模塊，第一包絡計算模塊，第二包絡計 算模塊，包絡選擇模塊，延遲單元；所述絕對值模塊將輸入信號取絕對值后輸出，所述絕對 值模塊的輸出端連接比較判斷模塊的第一輸入端、第一包絡計算模塊第一輸入端和第二包 絡計算模塊的第一輸入端；所述包絡參數(shù)計算模塊的三個輸入端連接外部三個參數(shù)端口， 包絡參數(shù)計算模塊的第一輸出端和第二輸出端連接第一包絡計算模塊的第二輸入端和第 三輸入端，包絡參數(shù)計算模塊的第三輸出端和第四輸出端連接第二包絡計算模塊的第二輸 入端和第三輸入端；第一包絡計算模塊的輸出端連接包絡選擇模塊的第一輸入端；第二包 絡計算模塊的輸出端連接包絡選擇模塊的第二輸入端；包絡選擇模塊的第三輸入端連接比 較判斷模塊的輸出端，包絡選擇模塊的輸出端連接延遲單元的輸入端，延遲單元的輸出端 連接比較判斷模塊的第二輸入端、第一包絡計算模塊的第四輸入端、第二包絡計算模塊的 第四輸入端。
5.根據(jù)權利要求1所述的調(diào)整輸入信號動態(tài)范圍的裝置，其特征在于所述輸出信號 計算模塊包括dBV/V轉換模塊和乘法器；dBV/V轉換模塊的輸入端連接增益軟調(diào)節(jié)模塊中 選擇模塊的輸出端，dBV/V轉換模塊的輸出端連接乘法器的第二輸入端，乘法器的第一輸入 端連接輸入信號。
專利摘要本實用新型提供了一種調(diào)整輸入信號動態(tài)范圍的裝置，包括用于計算輸入信號包絡的包絡計算模塊；連接包絡計算模塊，并計算所述包絡計算模塊輸出信號增益的增益計算模塊；連接所述增益計算模塊，并對輸入信號與增益計算模塊的輸出信號作乘法運算的輸出信號計算模塊。本實用新型涉及的一種調(diào)整輸入信號動態(tài)范圍的裝置，采用包絡計算模塊實時計算信號的包絡，可以實時反映出信號峰值的變化，這樣將輸入信號波形的包絡值作為動態(tài)范圍調(diào)整的依據(jù)可以減小現(xiàn)有技術中的滯后效應。
文檔編號G10L21/02GK201600893SQ20092026226
公開日2010年10月6日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權日2009年12月30日
發(fā)明者何志強, 張金亮, 楊云, 林海濤 申請人:比亞迪股份有限公司