本發(fā)明涉及音頻播放領(lǐng)域，具體涉及一種動態(tài)改變均衡增益的均衡系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的音箱在輸入信號較小時，對某些音頻頻段表現(xiàn)不足。雖然可以通過調(diào)整該頻段的均衡增益來提高的其表現(xiàn)能力，然而當(dāng)該頻段的信號增大時，預(yù)先提高的均衡增益又容易引起失真。目前，現(xiàn)有的音頻音響均衡技術(shù)只能固定調(diào)節(jié)某個頻段的增益，不能根據(jù)輸入信號的大小改變均衡增益。因此，有必要提供一種新的技術(shù)方案，以使得其可以根據(jù)輸入信號的大小改變均衡增益，從而有效避免在調(diào)整均衡增益時而引起某些頻段的失真。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足及存在的問題，本發(fā)明提供一種動態(tài)改變均衡增益的均衡系統(tǒng)及方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的音頻音響均衡技術(shù)只能固定調(diào)節(jié)某個頻段的增益，不能根據(jù)輸入信號的大小改變均衡增益的問題。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種動態(tài)改變均衡增益的均衡系統(tǒng)，包括音頻輸入終端和音頻輸出終端，模擬信號轉(zhuǎn)數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號轉(zhuǎn)模擬信號轉(zhuǎn)換器、RMS信號有效值檢測器、電平轉(zhuǎn)化模塊、電平比較器、啟動閾值輸入模塊、均衡參數(shù)輸入模塊、濾波器系數(shù)平滑更新器、濾波器系數(shù)緩沖器以及頻率響應(yīng)補償模塊，其中，所述頻率響應(yīng)補償模塊優(yōu)選為雙二階濾波器；

所述音頻輸入終端、模擬信號轉(zhuǎn)數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器、RMS信號有效值檢測器、電平轉(zhuǎn)化模塊以及電平比較器依次連接，所述均衡參數(shù)輸入模塊、濾波器系數(shù)平滑更新器、濾波器系數(shù)緩沖器、頻率響應(yīng)補償模塊、數(shù)字信號轉(zhuǎn)模擬信號轉(zhuǎn)換器以及音頻輸出終端依次連接；

所述啟動閾值輸入模塊的輸出端與所述電平比較器的輸入端連接，所述電平轉(zhuǎn)化模塊與電平比較器的輸出端均與所述濾波器系數(shù)平滑更新器的輸入端連接，所述模擬信號轉(zhuǎn)數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器的輸出端還與所述頻率響應(yīng)補償模塊的輸入端連接；

所述均衡參數(shù)輸入模塊中的均衡參數(shù)包括均衡系統(tǒng)的帶寬，均衡系統(tǒng)的目標(biāo)電平，均衡系統(tǒng)的中心頻率，均衡增益增大或衰減的比率，均衡增益的起控時間以及均衡增益釋放的時間。

優(yōu)選地，所述均衡參數(shù)輸入模塊包括微控制器，與微控制器連接的顯示屏模塊以及鍵盤模塊。

進一步地，所述均衡參數(shù)輸入模塊還包括與微控制器連接的上位機。

進一步地，所述音頻輸入終端與模擬信號轉(zhuǎn)數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器之間連接有模擬低通濾波器，所述音頻輸出終端與字信號轉(zhuǎn)模擬信號轉(zhuǎn)換器之間連接有模擬低通濾波器。

優(yōu)選地，所述RMS信號有效值檢測器、電平轉(zhuǎn)化模塊、電平比較器、濾波器系數(shù)平滑更新器、濾波器系數(shù)緩沖器以及頻率響應(yīng)補償模塊集成于一數(shù)字信號處理器模塊中。

本發(fā)明提供的動態(tài)改變均衡增益的方法應(yīng)用于上述均衡系統(tǒng)中，所述方法包括：

S1、利用所述啟動閾值輸入模塊輸入啟動閾值作為均衡系統(tǒng)啟動的門限；

S2、利用所述模擬信號轉(zhuǎn)數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器將音頻輸入終端輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將該數(shù)字信號輸入到RMS信號有效值檢測器中；

S3、所述RMS信號有效值檢測器對所述數(shù)字信號進行有效值檢測，并將檢測的有效值輸入到所述電平轉(zhuǎn)化模塊中，所述電平轉(zhuǎn)化模塊將所述有效值轉(zhuǎn)化為與所述啟動閾值單位相同的數(shù)值Q，以供所述電平比較器對所述有效值與所述啟動閾值進行比較；

S4、利用所述均衡參數(shù)輸入模塊輸入以下均衡系統(tǒng)的參數(shù)值：

輸入均衡系統(tǒng)的帶寬值，以限制均衡系統(tǒng)的帶寬；

輸入均衡系統(tǒng)的中心頻率值，以規(guī)定均衡系統(tǒng)的中心頻率點；

輸入均衡系統(tǒng)的目標(biāo)電平值，以作為均衡系統(tǒng)提升或衰減的大小的目標(biāo)；

輸入均衡系統(tǒng)的比率值，以作為均衡系統(tǒng)提升或衰減的大小的比率；

輸入均衡增益的起控時間值，以作為均衡系統(tǒng)提升或衰減到目標(biāo)電平所需的時間；

輸入均衡增益的釋放時間值，以作為均衡系統(tǒng)恢復(fù)到單位增益所需的釋放時間；

S5、所述濾波器系數(shù)平滑更新器根據(jù)步驟S3所述的比較結(jié)果與所述步驟S4中輸入的各參數(shù)值對所述濾波器系數(shù)緩沖器中的濾波器系數(shù)進行更新，以克服濾波器啟動時因參數(shù)突變而引起突變噪聲；

S6、所述頻率響應(yīng)補償模塊對均衡系統(tǒng)的頻率響應(yīng)進行補償處理，以改善均衡系統(tǒng)的頻率響應(yīng)；

S7、所述頻率響應(yīng)補償模塊完成補償處理后輸出相應(yīng)的信號至所述數(shù)字信號轉(zhuǎn)模擬信號轉(zhuǎn)換器，所述數(shù)字信號轉(zhuǎn)模擬信號轉(zhuǎn)換器將接收到的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬信號后輸出至所述音頻輸出終端。

優(yōu)選地，所述步驟S5中在對所述濾波器系數(shù)緩沖器中的濾波器系數(shù)進行更新過程中，所述均衡系統(tǒng)包括以下三種狀態(tài)：

動態(tài)均衡未啟動狀態(tài)：若所述電平比較器輸出為假，即所述數(shù)值Q小于所述啟動閾值，且電平比較器之前的狀態(tài)為假，此時動態(tài)均衡未啟動；

動態(tài)均衡啟動及均衡增益保持狀態(tài)：若所述電平比較器輸出為真，即所述數(shù)值Q大于所述啟動閾值，且動態(tài)均衡處于未啟動狀態(tài)，則將濾波器系數(shù)平滑更新器的平滑標(biāo)志置1，將電平比較器的狀態(tài)標(biāo)志置1，并將濾波器系數(shù)平滑更新器內(nèi)的啟動時間計數(shù)器賦值為所述起控時間的值；

若啟動時間計數(shù)器的啟動時間T不為零，則先計算出幀間增益變化梯度?1，再計算出幀內(nèi)采樣值間增益變化梯度?2 = ?1/len，其中l(wèi)en為幀長，最后根據(jù)幀內(nèi)采樣值間增益變化梯度?2更新所述濾波器系數(shù)緩沖器的濾波器系數(shù),以達到動態(tài)均衡啟動時增益的平滑過渡，此時動態(tài)均衡開始啟動；

若啟動時間計數(shù)器的啟動時間T為零，則保持起控完成后最終增益的提升或衰減，并保持此時的增益值GainHold，此時為均衡增益保持狀；

動態(tài)均衡釋放狀態(tài)，若所述電平比較器輸出為假，即所述數(shù)值Q小于所述啟動閾值，且先前的狀態(tài)為均衡啟動狀態(tài)，則先將濾波器系數(shù)平滑更新器內(nèi)的釋放時間計數(shù)器賦值為所述釋放時間值,然后計算出釋放時間內(nèi)幀間的增益變化梯度?3，再根據(jù)幀間增益變化梯度?3計算幀內(nèi)采樣值間增益變化梯度?4 = ?3/len，最后根據(jù)幀內(nèi)采樣值間增益變化梯度?4更新所述濾波器系數(shù)緩沖器的濾波器系數(shù)，以達到動態(tài)均衡釋放時增益的平滑過渡；若釋放時間計數(shù)器的值等于零，則保持信號直通。

利用本發(fā)明提供的動態(tài)改變均衡增益的均衡系統(tǒng)及方法，可根據(jù)輸入信號的大小實現(xiàn)動態(tài)調(diào)整均衡增益，從而有效避免在調(diào)整均衡增益時而引起某些頻段的失真：既可以在輸入信號較小時提升設(shè)定的頻段的均衡增益，增強該頻段的表現(xiàn)力，又可以在信號較大時，動態(tài)限制設(shè)定頻段的均衡增益，從而避免因調(diào)節(jié)傳統(tǒng)的固定增益均衡器提升過多而引起的信號失真。

附圖說明

圖1是本發(fā)明其中一實施例所述的均衡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意框圖。

圖2是本發(fā)明實施例中所述均衡參數(shù)輸入模塊的結(jié)構(gòu)示意框圖。

圖3是本發(fā)明另一實施例所述的均衡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意框圖。

圖4是本發(fā)明實施例中使用所述均衡系統(tǒng)時，動態(tài)均衡啟動后，輸入信號與輸出信號的關(guān)系示意圖。

具體實施方式

為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。

如附圖1所示，一種動態(tài)改變均衡增益的均衡系統(tǒng)，其包括音頻輸入終端11和音頻輸出終端12，模擬信號轉(zhuǎn)數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器1（即A/D）、數(shù)字信號轉(zhuǎn)模擬信號轉(zhuǎn)換器10（即D/A）、RMS信號有效值檢測器2、電平轉(zhuǎn)化模塊3、電平比較器4、啟動閾值輸入模塊5、均衡參數(shù)輸入模塊6、濾波器系數(shù)平滑更新器7、濾波器系數(shù)緩沖器8以及頻率響應(yīng)補償模塊，本實施例中，所述頻率響應(yīng)補償模塊優(yōu)選為雙二階濾波器9；所述均衡參數(shù)輸入模塊中的均衡參數(shù)包括均衡系統(tǒng)的帶寬，均衡系統(tǒng)的目標(biāo)電平，均衡系統(tǒng)的中心頻率，均衡增益增大或衰減的比率，均衡增益的起控時間以及均衡增益釋放的時間。

其中，所述音頻輸入終端、模擬信號轉(zhuǎn)數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器、RMS信號有效值檢測器、電平轉(zhuǎn)化模塊以及電平比較器依次連接，所述均衡參數(shù)輸入模塊、濾波器系數(shù)平滑更新器、濾波器系數(shù)緩沖器、雙二階濾波器、數(shù)字信號轉(zhuǎn)模擬信號轉(zhuǎn)換器以及音頻輸出終端依次連接；所述啟動閾值輸入模塊的輸出端與所述電平比較器的輸入端連接，所述電平轉(zhuǎn)化模塊與電平比較器的輸出端均與所述濾波器系數(shù)平滑更新器的輸入端連接，所述模擬信號轉(zhuǎn)數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器的輸出端還與所述雙二階濾波器的輸入端連接，如附圖1所示。

在其中一個優(yōu)選的實施例中，所述均衡參數(shù)輸入模塊包括微控制器，與微控制器連接的顯示屏模塊以及鍵盤模塊；優(yōu)選地，所述均衡參數(shù)輸入模塊還可以包括與微控制器連接的上位機，如附圖2所示。各均衡參數(shù)可以通過所述顯示屏模塊以及鍵盤模塊進行輸入，而所述微控制器則用于進行相應(yīng)的保存與數(shù)據(jù)傳輸處理。當(dāng)然，還可以在所述上位機上裝載相應(yīng)的軟件，利用該軟件在上位機上方便地輸入各均衡參數(shù)。其中，顯示屏模塊可以為LCD顯示屏或LED顯示屏，所述上位機可以為電腦。此外，用于輸入啟動閾值的啟動閾值輸入模塊的相關(guān)數(shù)值也可以通過所述鍵盤模塊或上位機輸入，即所述啟動閾值輸入模塊與所述均衡參數(shù)輸入模塊可以集成于同一功能模塊中。

在其中一個優(yōu)選的實施例中，可通過硬件與軟件結(jié)合的方式，將述RMS信號有效值檢測器、電平轉(zhuǎn)化模塊、電平比較器、濾波器系數(shù)平滑更新器、濾波器系數(shù)緩沖器以及雙二階濾波器集成于一數(shù)字信號處理器（DSP）模塊中；作為優(yōu)選的實施例，所述音頻輸入終端與模擬信號轉(zhuǎn)數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器之間連接有模擬低通濾波器，所述音頻輸出終端與字信號轉(zhuǎn)模擬信號轉(zhuǎn)換器之間連接有模擬低通濾波器，如附圖3所示。通過增加所述模擬低通濾波器，可有效過濾高頻信號、防止頻率混淆，從而提高音頻質(zhì)量。

本發(fā)明實施例還提供了一種動態(tài)改變均衡增益的方法，該方法應(yīng)用于上述均衡系統(tǒng)中，所述方法包括：

S1、利用所述啟動閾值輸入模塊輸入啟動閾值作為均衡系統(tǒng)啟動的門限；

S2、利用所述模擬信號轉(zhuǎn)數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器將音頻輸入終端輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將該數(shù)字信號輸入到RMS信號有效值檢測器中；

S3、所述RMS信號有效值檢測器對所述數(shù)字信號進行有效值檢測，并將檢測的有效值輸入到所述電平轉(zhuǎn)化模塊中，所述電平轉(zhuǎn)化模塊將所述有效值轉(zhuǎn)化為與所述啟動閾值單位相同的數(shù)值Q，以供所述電平比較器對所述有效值與所述啟動閾值進行比較；

S4、利用所述均衡參數(shù)輸入模塊輸入以下均衡系統(tǒng)的參數(shù)值：

輸入均衡系統(tǒng)的帶寬值，以限制均衡系統(tǒng)的帶寬；

輸入均衡系統(tǒng)的中心頻率值，以規(guī)定均衡系統(tǒng)的中心頻率點；

輸入均衡系統(tǒng)的目標(biāo)電平值，以作為均衡系統(tǒng)提升或衰減的大小的目標(biāo)；

輸入均衡系統(tǒng)的比率值，以作為均衡系統(tǒng)提升或衰減的大小的比率；

輸入均衡增益的起控時間值，以作為均衡系統(tǒng)提升或衰減到目標(biāo)電平所需的時間；

輸入均衡增益的釋放時間值，以作為均衡系統(tǒng)恢復(fù)到單位增益所需的釋放時間；

S5、所述濾波器系數(shù)平滑更新器根據(jù)步驟S3所述的比較結(jié)果與所述步驟S4中輸入的各參數(shù)值對所述濾波器系數(shù)緩沖器中的濾波器系數(shù)進行更新，以克服濾波器啟動時因參數(shù)突變而引起突變噪聲；

S6、所述頻率響應(yīng)補償模塊對均衡系統(tǒng)的頻率響應(yīng)進行補償處理，以改善均衡系統(tǒng)的頻率響應(yīng)；

S7、所述頻率響應(yīng)補償模塊完成補償處理后輸出相應(yīng)的信號至所述數(shù)字信號轉(zhuǎn)模擬信號轉(zhuǎn)換器，所述數(shù)字信號轉(zhuǎn)模擬信號轉(zhuǎn)換器將接收到的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬信號后輸出至所述音頻輸出終端。

本實施例中，所述步驟S5中在對所述濾波器系數(shù)緩沖器中的濾波器系數(shù)進行更新過程中，所述均衡系統(tǒng)包括以下三種狀態(tài)：動態(tài)均衡未啟動狀態(tài)，動態(tài)均衡啟動及均衡增益保持狀態(tài)，以及動態(tài)均衡釋放狀態(tài)。

以下對上述三種狀態(tài)作進一步的詳細說明：

動態(tài)均衡未啟動狀態(tài)：若所述電平比較器輸出為假，即所述數(shù)值Q小于所述啟動閾值，且電平比較器之前的狀態(tài)為假，則所述濾波器系數(shù)平滑更新器輸出到所述濾波器系數(shù)緩沖器的數(shù)值使得所述頻率響應(yīng)補償模塊為直通狀態(tài)，此時動態(tài)均衡未啟動；此處所述的直通狀態(tài)是指：對電平比較器而言就是上次的比較結(jié)果為假，即狀態(tài)標(biāo)志為0； 對于頻率響應(yīng)補償模塊來說是指此時無補償，頻率響應(yīng)是平的。

動態(tài)均衡啟動及均衡增益保持狀態(tài)：若所述電平比較器輸出為真，即所述數(shù)值Q大于所述啟動閾值，且動態(tài)均衡處于未啟動狀態(tài)，則將濾波器系數(shù)平滑更新器的平滑標(biāo)志置1，將電平比較器的狀態(tài)標(biāo)志置1，并將濾波器系數(shù)平滑更新器內(nèi)的啟動時間計數(shù)器賦值為所述起控時間的值；當(dāng)平滑標(biāo)志為1時，開始計算目標(biāo)增益值，計算完成后將平滑標(biāo)志置0。電平比較器的狀態(tài)標(biāo)志，即當(dāng)所述數(shù)值Q大于所述啟動閾值大于所述啟動閾值，將信號標(biāo)記置1。

若所述比率值乘以當(dāng)前幀電平值大于目標(biāo)電平值，或當(dāng)前幀的電平值減去前一幀的電平值大于預(yù)設(shè)增益變化值或平滑標(biāo)志等于1,則將平滑標(biāo)志置0，其中，所述預(yù)設(shè)增益變化值為固定數(shù)值2；

若所述啟動時間計數(shù)器的啟動時間T不為零，則先根據(jù)所述數(shù)值Q、所述目標(biāo)電平值以及所述比率值計算出目標(biāo)增益TargetdB；其中，所述目標(biāo)增益TargetdB = ((InputLevel-TargetLevel)*Ratio + TargetLevel) – InputLevel，InputLevel為輸入電平值，即所述數(shù)值Q，TargetLevel為所述目標(biāo)電平值，Ratio為所述比率值；

然后根據(jù)啟動時間T和所述目標(biāo)增益TargetdB計算出幀間增益變化梯度?1，再根據(jù)所述幀間增益變化梯度?1計算幀內(nèi)采樣值間增益變化梯度?2 = ?1/len，len為幀長；

最后根據(jù)幀內(nèi)采樣值間增益變化梯度?2更新所述濾波器系數(shù)緩沖器的濾波器系數(shù),以達到動態(tài)均衡啟動時增益的平滑過渡，此時動態(tài)均衡開始啟動；

若啟動時間計數(shù)器的啟動時間T為零，則保持起控完成后最終增益的提升或衰減，并保持此時的增益值GainHold，此時為均衡增益保持狀；當(dāng)所述狀態(tài)標(biāo)志為1時，平滑過渡完成的這段時間稱為起控過程；

動態(tài)均衡釋放狀態(tài)，若所述電平比較器輸出為假，即所述數(shù)值Q小于所述啟動閾值，且先前的狀態(tài)為動態(tài)均衡啟動狀態(tài)，則需釋放均衡增益以達到信號直通的狀態(tài)：先將濾波器系數(shù)平滑更新器內(nèi)的釋放時間計數(shù)器賦值為所述釋放時間值,然后根據(jù)所述增益值GainHold和釋放時間值計算出釋放時間內(nèi)幀間的增益變化梯度?3，再根據(jù)幀間增益變化梯度?3計算幀內(nèi)采樣值間增益變化梯度?4 = ?3/len，最后根據(jù)幀內(nèi)采樣值間增益變化梯度?4更新所述濾波器系數(shù)緩沖器的濾波器系數(shù)，以達到動態(tài)均衡釋放時增益的平滑過渡；若釋放時間計數(shù)器的值等于零，則保持信號直通。

利用本發(fā)明實施例提供的動態(tài)改變均衡增益的均衡系統(tǒng)及方法，可根據(jù)輸入信號的大小實現(xiàn)動態(tài)調(diào)整均衡增益，從而有效避免在調(diào)整均衡增益時而引起某些頻段的失真：既可以在輸入信號較小時提升設(shè)定的頻段的均衡增益，增強該頻段的表現(xiàn)力，又可以在信號較大時，動態(tài)限制設(shè)定頻段的均衡增益，從而避免因調(diào)節(jié)傳統(tǒng)的固定增益均衡器提升過多而引起的信號失真；如附圖4所示，當(dāng)輸入信號小于電平閾值時，輸入信號等于輸出輸出信號，信號直通；當(dāng)輸入信號大于電平閾值且小于目標(biāo)電平時，均衡提升，增強設(shè)定頻段的表現(xiàn)力；當(dāng)輸入信號大于目標(biāo)電平時，均衡提升衰減，限制輸出電平，防止信號失真。

上述實施例為本發(fā)明的較佳的實現(xiàn)方式，并非是對本發(fā)明的限定，在不脫離本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思的前提下，任何顯而易見的替換均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。