專利名稱：自動增益控制的實現(xiàn)方法及實現(xiàn)系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及自動增益控制的實現(xiàn)，具體地說，是涉及音頻播放過程中的自動增益 控制的實現(xiàn)方法及實現(xiàn)系統(tǒng)。
背景技術：
隨著手機功能的不斷豐富，尤其是多媒體功能的不斷擴展，越來越多的消費者把手機當做便攜式多媒體播放器，因此，大音量的手機頗受消費者青睞。手機的外放音樂主要 有音質和音量兩個指標，而音質的一個重要指標為聲音的低頻特性。受體積等因素所限，手 機上的揚聲器體積一般都比較小。對于體積較小的揚聲器，如果低頻特性做的比較出色的 話，其額定功率一般都比較小，即其音量不會太大。如果采用提高揚聲器的輸入信號的功率 來提高手機的外放音量，一旦手機播放大音量的樂曲或者音樂的大音量高潮部分，極容易 導致?lián)P聲器的損壞。實際情況也如此，揚聲器的損壞在手機故障排行中一直居前幾位。針對上述體積較小的揚聲器在調大音量時極容易損壞揚聲器的問題，業(yè)內普遍采 用自動增益控制的方法來解決，在手機音頻單元輸出至揚聲器的信號功率超過門限值時， 自動降低音頻單元的增益，以保護揚聲器不被大功率信號所損壞。目前，自動增益控制的方法大多采用帶有自動增益控制功能的音頻功率放大器來 實現(xiàn)。應用帶有自動增益控制功能的音頻功率放大器的解決方案存在下述缺點和不足第 一，需要單獨購買具有自動增益控制功能的元器件，但由于這類元器件價格比較高，難以被 廣泛應用。第二，目前市場上帶有自動增益控制功能的音頻功率放大器大都為D類功放，由 于D類功放工作頻率較高，容易產生各種雜波干擾，影響系統(tǒng)工作，尤其是影響手機的天線 性能。第三，這類音頻功率放大器只為驅動揚聲器而設計，不能作為其他設備的輸入信號， 從而限制了系統(tǒng)性能的擴展。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中采用帶有自動增益控制功能的音頻功率放大器來實現(xiàn)自 動增益控制存在的上述缺點和不足，提供了一種自動增益控制的實現(xiàn)方法，方法實現(xiàn)簡單、 成本較低。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述技術方案予以實現(xiàn)一種自動增益控制的實現(xiàn)方法，包括下述步驟設置音頻動態(tài)范圍控制模塊的門限值；利用音頻動態(tài)范圍控制模塊接收并檢測解碼后的音頻信號的幅值，并將該幅值與 預設的門限值進行比較；在所述幅值大于所述門限值時，衰減所述音頻動態(tài)范圍控制模塊的增益，并按照 衰減后的增益輸出相應的音頻信號；在所述幅值不大于所述門限值時，所述音頻動態(tài)范圍 控制模塊按正常增益輸出相應的音頻信號；所述音頻動態(tài)范圍控制模塊輸出的音頻信號為模擬音頻信號和/或數字音頻信號。根據本發(fā)明所述的方法，所述門限值可以按照下述過程來確定輸入所述音頻動 態(tài)范圍控制模塊一個滿幅值、OdB的音頻文件；設定所述音頻動態(tài)范圍控制模塊衰減后的 增益，并按照該衰減后的增益輸出相應的音頻信號；調整所述音頻動態(tài)范圍控制模塊輸出 的音頻信號的分貝值，使得輸入到揚聲器中的音頻信號的功率等于該揚聲器的額定功率 值，此時的分貝值即為該音頻動態(tài)范圍控制模塊的門限值。
根據本發(fā)明所述的方法，以實現(xiàn)自動增益控制的快速反應，而又避免揚聲器出現(xiàn) 明顯的音量忽大忽小的變化，所述音頻動態(tài)范圍控制模塊從正常增益輸出變化到衰減增 益輸出的過渡時間為Tl，而從衰減增益輸出變化到正常增益輸出的過渡時間為T2，且Tl < T2。所述Tl和T2可以根據實際應用系統(tǒng)平臺參數及用戶對音量變化的需求來確定。根據本發(fā)明所述的方法，所述正常增益為1，即在檢測的音頻信號幅值不大于門限 值時，音頻動態(tài)范圍控制模塊對輸入信號進行無衰減的輸出。根據本發(fā)明所述的方法，為避免瞬時幅值大于門限值造成頻繁在衰減增益和正常 增益之間變換，在所述幅值大于所述門限值、且持續(xù)一定延時時間后，再開始衰減所述音頻 動態(tài)范圍控制模塊的增益，并按照衰減后的增益輸出相應的音頻信號。根據本發(fā)明所述的方法，所述音頻動態(tài)范圍控制模塊一方面可以輸出模擬音頻信 號至功率放大器，并通過功率放大器驅動揚聲器播放音頻文件；另一方面可以輸出數字音 頻信號至相應的數字音頻信號接收模塊，并通過所述數字音頻信號接收模塊實現(xiàn)音效轉換 或藍牙輸出。本發(fā)明的第二個目的提供一種自動增益控制的實現(xiàn)系統(tǒng)，在不增加成本的前提下 利用該系統(tǒng)實現(xiàn)音頻信號的自動增益控制。所述系統(tǒng)包括音頻解碼模塊和音頻動態(tài)范圍控制模塊；所述音頻動態(tài)范圍控制模 塊用于接收所述音頻解碼模塊解碼后的音頻信號，并將該音頻信號的幅值與預設的門限值 進行比較；在所述幅值大于所述門限值時，衰減所述音頻動態(tài)范圍控制模塊的增益，并按照 衰減后的增益輸出相應的音頻信號；在所述幅值不大于所述門限值時，所述音頻動態(tài)范圍 控制模塊按正常增益輸出相應的音頻信號。本發(fā)明的第三個目的是提供一種具有音頻播放的移動通信終端，該終端采用上述 自動增益控制的實現(xiàn)系統(tǒng)實現(xiàn)對音頻信號的自動增益控制。且在該終端中，其音頻動態(tài)范圍控制模塊的輸出端一方面可以連接功率放大器， 并通過功率放大器驅動揚聲器播放音頻文件；另一方面可以連接數字音頻信號接收模塊， 實現(xiàn)終端的其他擴展功能。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是本發(fā)明利用音頻信號處理系統(tǒng)中 的音頻動態(tài)范圍控制模塊，通過對該模塊的參數進行重新設定，實現(xiàn)了對音頻信號的自動 增益控制；利用本發(fā)明所述的自動增益控制方法可以同時輸出模擬信號和數字信號，所輸 出的模擬信號可以驅動各種類型的功率放大器，擴展了音頻信號處理系統(tǒng)的功能，提高了 其通用性；本發(fā)明所述方法實現(xiàn)簡單、自動增益控制性能可靠、實現(xiàn)成本較低。


圖1是本發(fā)明所述自動增益控制實現(xiàn)方法一個實施例的流程圖2是本發(fā)明所述自動增益控制實現(xiàn)系統(tǒng)一個實施例的結構示意圖；圖3是未應用圖2自動增益控制實現(xiàn)系統(tǒng)的移動通信終端音頻播放的信號包絡 圖；圖4是應用圖2自動增益控制實現(xiàn)系統(tǒng)的移動通信終端音頻播放的信號包絡圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明的技術方案作進一步詳細的說明。首先簡要說明本發(fā)明所述技術方案的出發(fā)點隨著MIDI音樂文件的出現(xiàn)，為解決 不同的播放設備播放MIDI文件時音量輸出差別較大的問題，現(xiàn)有技術中的音頻信號處理 系統(tǒng)采用了音頻動態(tài)范圍控制模塊。該音頻動態(tài)范圍控制模塊的工作原理類似于自動增 益控制的過程，具體為在該模塊的輸入信號幅值小于設定的門限值時，該模塊進行無衰減 的輸出；當輸入信號幅值大于設定的門限值時，該模塊衰減增益輸出。即當輸入信號達到 OdB (即滿幅值)時，信號不會滿幅值輸出。在音頻信號處理系統(tǒng)接收到MIDI格式的音樂文 件時，應用該音頻動態(tài)范圍控制模塊對文件進行處理，可以使得MIDI輸出的音量均一化， 減少不同播放設備播放的音量差異。鑒于此，可以考慮應用音頻動態(tài)范圍控制模塊為MP3、 WMA.AAC等格式的音樂文件提供自動增益控制，以解決在播放該類文件時、因揚聲器輸入功 率過大導致?lián)P聲器損壞的問題?；谝纛l動態(tài)范圍控制模塊的工作特性，應用其實現(xiàn)自動增益控制的步驟為首 先設置音頻動態(tài)范圍控制模塊的門限值；然后利用音頻動態(tài)范圍控制模塊接收并檢測解碼 后的音頻信號的幅值，并將該幅值與預設的門限值進行比較；根據兩者比較的結果調整音 頻動態(tài)范圍控制模塊的通道增益，并根據該增益輸出相應的音頻信號。圖1所示為本發(fā)明自動增益控制實現(xiàn)方法一個實施例的流程圖。如圖1所示，該 實施例采用下述步驟實現(xiàn)自動增益控制SlOl 流程開始。S102 設置音頻動態(tài)范圍控制模塊的門限值。由于音頻動態(tài)范圍控制模塊接收來自音頻解碼模塊輸出的音頻數字信號，表征該 信號幅值的為一個分貝值，因此，所述門限值也應是一個信號的分貝值。在音頻處理領域， 將一個輸出最大不失真音頻信號的幅值定義為滿幅值，其對應的分貝值為OdB。鑒于此，為 準確定義門限值，可以采用下述方法來確定該值首先，給所述音頻動態(tài)范圍控制模塊輸入 一個滿幅值、OdB的音頻文件。然后，設定所述音頻動態(tài)范圍控制模塊衰減后的增益，并按照 該衰減后的增益輸出相應的音頻信號。衰減后的增益可以根據該方法所應用的硬件電路參 數、揚聲器規(guī)格、用戶需求的音樂效果等，在0到1之間選擇，例如，可以設定為0.5。最后， 調整所述音頻動態(tài)范圍控制模塊輸出的音頻信號的分貝值，使得輸入到揚聲器中的音頻信 號的功率等于該揚聲器的額定功率值，此時的分貝值即為該音頻動態(tài)范圍控制模塊的門限 值。
利用上述方法確定門限值，能夠將輸入到揚聲器的音頻信號源限定在安全范圍內，確保揚聲器的工作功率不超過其額定功率，避免因信號功率過大而損壞揚聲器。S103 啟動音頻播放的同時，啟動上述音頻動態(tài)范圍控制模塊。S104 利用音頻動態(tài)范圍控制模塊接收并檢測解碼后的音頻信號。解碼后的音頻信號是對原壓縮格式的音頻文件進行相應的解碼后的串行音頻數字信號。例如，若音頻文件為MP3格式的文件，音頻動態(tài)范圍控制模塊接收的是對音頻文件進行MP3解碼后的串行
音頻數字信號。S105 判斷接收的音頻信號的幅值是否大于設置的門限值。若是，執(zhí)行步驟S107 ； 否則，執(zhí)行步驟S106。S106:若接收的音頻信號的幅值不大于設置的門限值，則直接按照正常增益輸出音頻信號。音頻動態(tài)范圍控制模塊的正常增益為1，即在檢測的音頻信號幅值不大于門限值 時，音頻動態(tài)范圍控制模塊對輸入信號進行無衰減的輸出，保證音頻信號的不失真。S107:在接收的音頻信號的幅值大于設置的門限值時，需要按照衰減增益輸出信號。為避免瞬時幅值大于門限值造成頻繁在衰減增益和正常增益之間變換，在第一次 判斷出接收的音頻信號的幅值大于設置的門限值時，先延時一段時間T。所述時間T的值可 根據實際需要來具體設定。S108 延時一段時間Tl后，再判斷接收的音頻信號的幅值是否大于設置的門限 值。若是，執(zhí)行步驟S109 ；若否，轉至步驟S104，繼續(xù)接收并檢測解碼后的音頻信號。通過上述兩步驟，只有在超過門限值的音頻信號持續(xù)一定時間后，才判定該音頻 信號是超限的信號，再進行增益的衰減，從而避免因瞬時干擾信號導致頻繁進行增益衰減 而造成系統(tǒng)工作的不穩(wěn)定性。S109:在確定音頻信號超限時，衰減音頻動態(tài)范圍控制模塊的通道增益，并按照衰 減后的增益輸出相應的音頻信號。衰減后的增益即為上述在確定門限值時所設定的增益。SllO 流程結束。若檢測到所接收的音頻信號的幅值小于門限值，則退出增益衰減輸出的過程，恢 復音頻動態(tài)范圍控制模塊按照正常增益進行輸出的過程。在上述實施例中，還可以根據實際應用系統(tǒng)平臺參數及用戶對音量變化的需求， 預先設定音頻動態(tài)范圍控制模塊從正常增益變化到衰減增益的過渡時間Tl，以及從衰減增 益變化到正常增益的過渡時間T2。設定的一個基本原則是從正常增益變化到衰減增益的 過渡時間Tl盡量短一些，以實現(xiàn)自動增益控制的快速反應；從衰減增益變化到正常增益的 過渡時間T2適當長一些，使得輸出的信號平緩變化，避免揚聲器出現(xiàn)明顯的音量忽大忽小 的變化，即保證Tl < T2。上述自動增益控制方法可以利用設置有音頻解碼模塊和音頻動態(tài)范圍控制模塊 的系統(tǒng)來實現(xiàn)。圖2示出了本發(fā)明所述自動增益控制實現(xiàn)系統(tǒng)一個實施例的結構示意圖。如圖2所示，該實施例的系統(tǒng)包括音頻解碼模塊和音頻動態(tài)范圍控制模塊，兩模 塊集成在一個芯片內。所述音頻解碼模塊用于對輸入的壓縮音頻源文件進行解碼，輸出解 碼后的串行音頻數字信號。所述音頻動態(tài)范圍控制模塊用于接收所述音頻解碼模塊解碼后 的音頻信號，并將該音頻信號的幅值與預設的門限值進行比較，并根據比較結果進行自動 增益控制，實現(xiàn)正常增益輸出或衰減增益輸出。所述音頻動態(tài)范圍控制模塊既可以輸出模擬信號，也可以輸出IIS、PCM等數字信 號。因此，當該實現(xiàn)系統(tǒng)應用在手機、車載音樂播放器等音頻播放設備中時，所述音頻動態(tài)范圍控制模塊的輸出端一方面可以連接功率放大器，并通過功率放大器驅動揚聲器播放音 頻文件；另一方面可以連接數字音頻信號接收模塊，實現(xiàn)音頻播放設備的其他擴展功能，如 通過其它音頻處理芯片實現(xiàn)各種音效、藍牙傳輸等，從而擴展了自動增益控制輸出的音頻 信號的功能。所述音頻動態(tài)范圍控制模塊的輸出端連接的功率放大器可以是A類功放、B類 功放、AB類功放、D類功放、G類功放中的任一種，并不僅局限于背景技術中所描述的D類功 放，因此，可以為敏感的音頻播放設備提供更多的選擇。圖3和圖4分別示出了未應用圖2自動增益控制實現(xiàn)系統(tǒng)的移動通信終端音頻播 放的信號包絡圖和應用圖2自動增益控制實現(xiàn)系統(tǒng)的移動通信終端音頻播放的信號包絡 圖。
其中，移動通信終端為手機，包絡圖中的信號為手機音頻播放設備播放一首較大 音量的MP3格式的音樂時、用示波器檢測的手機功率放大器輸出的信號。如圖3所示，手機音頻播放設備中未設置自動增益控制實現(xiàn)系統(tǒng)，高幅值信號的 峰峰值大部分超過了上下限。長時間播放該類型的音樂，極容易對手機揚聲器造成損壞。如圖4所示，由于手機音頻播放設備中設置有自動增益控制實現(xiàn)系統(tǒng)，在高幅值 信號的第一個峰峰值超過上下限時，自動衰減通道的增益，實現(xiàn)衰減輸出，從而使得整個信 號的包絡基本位于上下限之間。從上述兩個圖中可以看出，本發(fā)明所述的自動增益控制的 實現(xiàn)系統(tǒng)是有效、可靠的。本發(fā)明利用已有的模塊，在進行合理的參數設置后，實現(xiàn)了音頻信號的自動增益 控制，有效解決了現(xiàn)有技術中的不足，節(jié)省了實現(xiàn)成本、增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、提高了系統(tǒng) 的可擴展性。以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其進行限制；盡管參照前述實 施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領域的普通技術人員來說，依然可以對前述實施 例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或替 換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明所要求保護的技術方案的精神和范圍。
權利要求
一種自動增益控制的實現(xiàn)方法，其特征在于，包括下述步驟設置音頻動態(tài)范圍控制模塊的門限值；利用音頻動態(tài)范圍控制模塊接收并檢測解碼后的音頻信號的幅值，并將該幅值與所述門限值進行比較；在所述幅值大于所述門限值時，衰減所述音頻動態(tài)范圍控制模塊的增益，并按照衰減后的增益輸出相應的音頻信號；在所述幅值不大于所述門限值時，所述音頻動態(tài)范圍控制模塊按正常增益輸出相應的音頻信號；所述音頻動態(tài)范圍控制模塊輸出的音頻信號為模擬音頻信號和/或數字音頻信號。
2.根據權利要求1所述的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述門限值按照下述過程來確定輸 入所述音頻動態(tài)范圍控制模塊一個滿幅值、OdB的音頻文件；設定所述音頻動態(tài)范圍控制 模塊衰減后的增益，并按照該衰減后的增益輸出相應的音頻信號；調整所述音頻動態(tài)范圍 控制模塊輸出的音頻信號的分貝值，使得輸入到揚聲器中的音頻信號的功率等于該揚聲器 的額定功率值，此時的分貝值即為該音頻動態(tài)范圍控制模塊的門限值。
3.根據權利要求1或2所述的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述音頻動態(tài)范圍控制模塊從正 常增益輸出變化到衰減增益輸出的過渡時間為Tl，而從衰減增益輸出變化到正常增益輸出 的過渡時間為T2，且Tl < T2。
4.根據權利要求1所述的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述正常增益為1。
5.根據權利要求1所述的實現(xiàn)方法，其特征在于，在所述幅值大于所述門限值、且持續(xù) 一定延時時間后，再衰減所述音頻動態(tài)范圍控制模塊的增益，并按照衰減后的增益輸出相 應的音頻信號。
6.根據權利要求1所述的實現(xiàn)方法，其特征在于，若所述音頻動態(tài)范圍控制模塊輸出 模擬音頻信號，該模擬音頻信號傳輸至功率放大器，并通過功率放大器驅動揚聲器播放音 頻文件；若所述音頻動態(tài)范圍控制模塊輸出數字音頻信號，該數字音頻信號傳輸至相應的 數字音頻信號接收模塊，并通過所述數字音頻信號接收模塊實現(xiàn)音效轉換或藍牙輸出。
7.一種自動增益控制的實現(xiàn)系統(tǒng)，包括音頻解碼模塊，其特征在于，還包括音頻動態(tài)范 圍控制模塊，用于接收所述音頻解碼模塊解碼后的音頻信號，并將該音頻信號的幅值與預 設的門限值進行比較；在所述幅值大于所述門限值時，衰減所述音頻動態(tài)范圍控制模塊的 增益，并按照衰減后的增益輸出相應的音頻信號；在所述幅值不大于所述門限值時，所述音 頻動態(tài)范圍控制模塊按正常增益輸出相應的音頻信號；所述音頻動態(tài)范圍控制模塊輸出的 音頻信號為模擬音頻信號和/或數字音頻信號。
8.一種具有音頻播放的移動通信終端，包括音頻解碼模塊，其特征在于，還包括音頻動 態(tài)范圍控制模塊，用于接收所述音頻解碼模塊解碼后的音頻信號，并將該音頻信號的幅值 與預設的門限值進行比較；在所述幅值大于所述門限值時，衰減所述音頻動態(tài)范圍控制模 塊的增益，并按照衰減后的增益輸出相應的音頻信號；在所述幅值不大于所述門限值時，所 述音頻動態(tài)范圍控制模塊按正常增益輸出相應的音頻信號。
9.根據權利要求8所述的移動通信終端，其特征在于，所述音頻動態(tài)范圍控制模塊的 輸出端連接有功率放大器，并通過功率放大器驅動揚聲器播放音頻文件。
10.根據權利要求8或9所述的移動通信終端，其特征在于，所述音頻動態(tài)范圍控制模 塊的輸出端連接有數字音頻信號接收模塊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自動增益控制的實現(xiàn)方法及實現(xiàn)系統(tǒng)，所述實現(xiàn)方法包括下述步驟設置音頻動態(tài)范圍控制模塊的門限值；利用音頻動態(tài)范圍控制模塊接收并檢測解碼后的音頻信號的幅值，并將該幅值與所述門限值進行比較；在所述幅值大于所述門限值時，衰減所述音頻動態(tài)范圍控制模塊的增益，并按照衰減后的增益輸出相應的音頻信號；在所述幅值不大于所述門限值時，所述音頻動態(tài)范圍控制模塊按正常增益輸出相應的音頻信號。本發(fā)明所述自動增益控制的方法實現(xiàn)簡單，自動增益控制性能可靠，實現(xiàn)成本較低。
文檔編號H04M1/725GK101800520SQ20101011636
公開日2010年8月11日 申請日期2010年2月25日 優(yōu)先權日2010年2月25日
發(fā)明者王海盈, 趙玉峰, 魏于凡 申請人:青島海信移動通信技術股份有限公司