CN101800520A - 自动增益控制的实现方法及实现系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动增益控制的实现方法及实现系统，所述实现方法包括下述步骤：设置音频动态范围控制模块的门限值；利用音频动态范围控制模块接收并检测解码后的音频信号的幅值，并将该幅值与所述门限值进行比较；在所述幅值大于所述门限值时，衰减所述音频动态范围控制模块的增益，并按照衰减后的增益输出相应的音频信号；在所述幅值不大于所述门限值时，所述音频动态范围控制模块按正常增益输出相应的音频信号。本发明所述自动增益控制的方法实现简单，自动增益控制性能可靠，实现成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及自动增益控制的实现，具体地说，是涉及音频播放过程中的自动增益控制的实现方法及实现系统。
背景技术
随着手机功能的不断丰富，尤其是多媒体功能的不断扩展，越来越多的消费者把手机当做便携式多媒体播放器，因此，大音量的手机颇受消费者青睐。手机的外放音乐主要有音质和音量两个指标，而音质的一个重要指标为声音的低频特性。受体积等因素所限，手机上的扬声器体积一般都比较小。对于体积较小的扬声器，如果低频特性做的比较出色的话，其额定功率一般都比较小，即其音量不会太大。如果采用提高扬声器的输入信号的功率来提高手机的外放音量，一旦手机播放大音量的乐曲或者音乐的大音量高潮部分，极容易导致扬声器的损坏。实际情况也如此，扬声器的损坏在手机故障排行中一直居前几位。
针对上述体积较小的扬声器在调大音量时极容易损坏扬声器的问题，业内普遍采用自动增益控制的方法来解决，在手机音频单元输出至扬声器的信号功率超过门限值时，自动降低音频单元的增益，以保护扬声器不被大功率信号所损坏。
目前，自动增益控制的方法大多采用带有自动增益控制功能的音频功率放大器来实现。应用带有自动增益控制功能的音频功率放大器的解决方案存在下述缺点和不足：第一，需要单独购买具有自动增益控制功能的元器件，但由于这类元器件价格比较高，难以被广泛应用。第二，目前市场上带有自动增益控制功能的音频功率放大器大都为D类功放，由于D类功放工作频率较高，容易产生各种杂波干扰，影响系统工作，尤其是影响手机的天线性能。第三，这类音频功率放大器只为驱动扬声器而设计，不能作为其他设备的输入信号，从而限制了系统性能的扩展。
发明内容
本发明针对现有技术中采用带有自动增益控制功能的音频功率放大器来实现自动增益控制存在的上述缺点和不足，提供了一种自动增益控制的实现方法，方法实现简单、成本较低。
为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：
一种自动增益控制的实现方法，包括下述步骤：
设置音频动态范围控制模块的门限值；
利用音频动态范围控制模块接收并检测解码后的音频信号的幅值，并将该幅值与预设的门限值进行比较；
在所述幅值大于所述门限值时，衰减所述音频动态范围控制模块的增益，并按照衰减后的增益输出相应的音频信号；在所述幅值不大于所述门限值时，所述音频动态范围控制模块按正常增益输出相应的音频信号；
所述音频动态范围控制模块输出的音频信号为模拟音频信号和/或数字音频信号。
根据本发明所述的方法，所述门限值可以按照下述过程来确定：输入所述音频动态范围控制模块一个满幅值、0dB的音频文件；设定所述音频动态范围控制模块衰减后的增益，并按照该衰减后的增益输出相应的音频信号；调整所述音频动态范围控制模块输出的音频信号的分贝值，使得输入到扬声器中的音频信号的功率等于该扬声器的额定功率值，此时的分贝值即为该音频动态范围控制模块的门限值。
根据本发明所述的方法，以实现自动增益控制的快速反应，而又避免扬声器出现明显的音量忽大忽小的变化，所述音频动态范围控制模块从正常增益输出变化到衰减增益输出的过渡时间为T1，而从衰减增益输出变化到正常增益输出的过渡时间为T2，且T1＜T2。所述T1和T2可以根据实际应用系统平台参数及用户对音量变化的需求来确定。
根据本发明所述的方法，所述正常增益为1，即在检测的音频信号幅值不大于门限值时，音频动态范围控制模块对输入信号进行无衰减的输出。
根据本发明所述的方法，为避免瞬时幅值大于门限值造成频繁在衰减增益和正常增益之间变换，在所述幅值大于所述门限值、且持续一定延时时间后，再开始衰减所述音频动态范围控制模块的增益，并按照衰减后的增益输出相应的音频信号。
根据本发明所述的方法，所述音频动态范围控制模块一方面可以输出模拟音频信号至功率放大器，并通过功率放大器驱动扬声器播放音频文件；另一方面可以输出数字音频信号至相应的数字音频信号接收模块，并通过所述数字音频信号接收模块实现音效转换或蓝牙输出。
本发明的第二个目的提供一种自动增益控制的实现系统，在不增加成本的前提下利用该系统实现音频信号的自动增益控制。
所述系统包括音频解码模块和音频动态范围控制模块；所述音频动态范围控制模块用于接收所述音频解码模块解码后的音频信号，并将该音频信号的幅值与预设的门限值进行比较；在所述幅值大于所述门限值时，衰减所述音频动态范围控制模块的增益，并按照衰减后的增益输出相应的音频信号；在所述幅值不大于所述门限值时，所述音频动态范围控制模块按正常增益输出相应的音频信号。
本发明的第三个目的是提供一种具有音频播放的移动通信终端，该终端采用上述自动增益控制的实现系统实现对音频信号的自动增益控制。
且在该终端中，其音频动态范围控制模块的输出端一方面可以连接功率放大器，并通过功率放大器驱动扬声器播放音频文件；另一方面可以连接数字音频信号接收模块，实现终端的其他扩展功能。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明利用音频信号处理系统中的音频动态范围控制模块，通过对该模块的参数进行重新设定，实现了对音频信号的自动增益控制；利用本发明所述的自动增益控制方法可以同时输出模拟信号和数字信号，所输出的模拟信号可以驱动各种类型的功率放大器，扩展了音频信号处理系统的功能，提高了其通用性；本发明所述方法实现简单、自动增益控制性能可靠、实现成本较低。
附图说明
图1是本发明所述自动增益控制实现方法一个实施例的流程图；
图2是本发明所述自动增益控制实现系统一个实施例的结构示意图；
图3是未应用图2自动增益控制实现系统的移动通信终端音频播放的信号包络图；
图4是应用图2自动增益控制实现系统的移动通信终端音频播放的信号包络图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
首先简要说明本发明所述技术方案的出发点：随着MIDI音乐文件的出现，为解决不同的播放设备播放MIDI文件时音量输出差别较大的问题，现有技术中的音频信号处理系统采用了音频动态范围控制模块。该音频动态范围控制模块的工作原理类似于自动增益控制的过程，具体为：在该模块的输入信号幅值小于设定的门限值时，该模块进行无衰减的输出；当输入信号幅值大于设定的门限值时，该模块衰减增益输出。即当输入信号达到0dB(即满幅值)时，信号不会满幅值输出。在音频信号处理系统接收到MIDI格式的音乐文件时，应用该音频动态范围控制模块对文件进行处理，可以使得MIDI输出的音量均一化，减少不同播放设备播放的音量差异。鉴于此，可以考虑应用音频动态范围控制模块为MP3、WMA、AAC等格式的音乐文件提供自动增益控制，以解决在播放该类文件时、因扬声器输入功率过大导致扬声器损坏的问题。
基于音频动态范围控制模块的工作特性，应用其实现自动增益控制的步骤为：首先设置音频动态范围控制模块的门限值；然后利用音频动态范围控制模块接收并检测解码后的音频信号的幅值，并将该幅值与预设的门限值进行比较；根据两者比较的结果调整音频动态范围控制模块的通道增益，并根据该增益输出相应的音频信号。
图1所示为本发明自动增益控制实现方法一个实施例的流程图。如图1所示，该实施例采用下述步骤实现自动增益控制：
S101：流程开始。
S102：设置音频动态范围控制模块的门限值。
由于音频动态范围控制模块接收来自音频解码模块输出的音频数字信号，表征该信号幅值的为一个分贝值，因此，所述门限值也应是一个信号的分贝值。在音频处理领域，将一个输出最大不失真音频信号的幅值定义为满幅值，其对应的分贝值为0dB。鉴于此，为准确定义门限值，可以采用下述方法来确定该值：首先，给所述音频动态范围控制模块输入一个满幅值、0dB的音频文件。然后，设定所述音频动态范围控制模块衰减后的增益，并按照该衰减后的增益输出相应的音频信号。衰减后的增益可以根据该方法所应用的硬件电路参数、扬声器规格、用户需求的音乐效果等，在0到1之间选择，例如，可以设定为0.5。最后，调整所述音频动态范围控制模块输出的音频信号的分贝值，使得输入到扬声器中的音频信号的功率等于该扬声器的额定功率值，此时的分贝值即为该音频动态范围控制模块的门限值。
利用上述方法确定门限值，能够将输入到扬声器的音频信号源限定在安全范围内，确保扬声器的工作功率不超过其额定功率，避免因信号功率过大而损坏扬声器。
S103：启动音频播放的同时，启动上述音频动态范围控制模块。
S104：利用音频动态范围控制模块接收并检测解码后的音频信号。解码后的音频信号是对原压缩格式的音频文件进行相应的解码后的串行音频数字信号。例如，若音频文件为MP3格式的文件，音频动态范围控制模块接收的是对音频文件进行MP3解码后的串行音频数字信号。
S105：判断接收的音频信号的幅值是否大于设置的门限值。若是，执行步骤S107；否则，执行步骤S106。
S106：若接收的音频信号的幅值不大于设置的门限值，则直接按照正常增益输出音频信号。音频动态范围控制模块的正常增益为1，即在检测的音频信号幅值不大于门限值时，音频动态范围控制模块对输入信号进行无衰减的输出，保证音频信号的不失真。
S107：在接收的音频信号的幅值大于设置的门限值时，需要按照衰减增益输出信号。
为避免瞬时幅值大于门限值造成频繁在衰减增益和正常增益之间变换，在第一次判断出接收的音频信号的幅值大于设置的门限值时，先延时一段时间T。所述时间T的值可根据实际需要来具体设定。
S108：延时一段时间T1后，再判断接收的音频信号的幅值是否大于设置的门限值。若是，执行步骤S109；若否，转至步骤S104，继续接收并检测解码后的音频信号。
通过上述两步骤，只有在超过门限值的音频信号持续一定时间后，才判定该音频信号是超限的信号，再进行增益的衰减，从而避免因瞬时干扰信号导致频繁进行增益衰减而造成系统工作的不稳定性。
S109：在确定音频信号超限时，衰减音频动态范围控制模块的通道增益，并按照衰减后的增益输出相应的音频信号。衰减后的增益即为上述在确定门限值时所设定的增益。
S110：流程结束。
若检测到所接收的音频信号的幅值小于门限值，则退出增益衰减输出的过程，恢复音频动态范围控制模块按照正常增益进行输出的过程。
在上述实施例中，还可以根据实际应用系统平台参数及用户对音量变化的需求，预先设定音频动态范围控制模块从正常增益变化到衰减增益的过渡时间T1，以及从衰减增益变化到正常增益的过渡时间T2。设定的一个基本原则是：从正常增益变化到衰减增益的过渡时间T1尽量短一些，以实现自动增益控制的快速反应；从衰减增益变化到正常增益的过渡时间T2适当长一些，使得输出的信号平缓变化，避免扬声器出现明显的音量忽大忽小的变化，即保证T1＜T2。
上述自动增益控制方法可以利用设置有音频解码模块和音频动态范围控制模块的系统来实现。
图2示出了本发明所述自动增益控制实现系统一个实施例的结构示意图。
如图2所示，该实施例的系统包括音频解码模块和音频动态范围控制模块，两模块集成在一个芯片内。所述音频解码模块用于对输入的压缩音频源文件进行解码，输出解码后的串行音频数字信号。所述音频动态范围控制模块用于接收所述音频解码模块解码后的音频信号，并将该音频信号的幅值与预设的门限值进行比较，并根据比较结果进行自动增益控制，实现正常增益输出或衰减增益输出。
所述音频动态范围控制模块既可以输出模拟信号，也可以输出IIS、PCM等数字信号。因此，当该实现系统应用在手机、车载音乐播放器等音频播放设备中时，所述音频动态范围控制模块的输出端一方面可以连接功率放大器，并通过功率放大器驱动扬声器播放音频文件；另一方面可以连接数字音频信号接收模块，实现音频播放设备的其他扩展功能，如通过其它音频处理芯片实现各种音效、蓝牙传输等，从而扩展了自动增益控制输出的音频信号的功能。所述音频动态范围控制模块的输出端连接的功率放大器可以是A类功放、B类功放、AB类功放、D类功放、G类功放中的任一种，并不仅局限于背景技术中所描述的D类功放，因此，可以为敏感的音频播放设备提供更多的选择。
图3和图4分别示出了未应用图2自动增益控制实现系统的移动通信终端音频播放的信号包络图和应用图2自动增益控制实现系统的移动通信终端音频播放的信号包络图。
其中，移动通信终端为手机，包络图中的信号为手机音频播放设备播放一首较大音量的MP3格式的音乐时、用示波器检测的手机功率放大器输出的信号。
如图3所示，手机音频播放设备中未设置自动增益控制实现系统，高幅值信号的峰峰值大部分超过了上下限。长时间播放该类型的音乐，极容易对手机扬声器造成损坏。
如图4所示，由于手机音频播放设备中设置有自动增益控制实现系统，在高幅值信号的第一个峰峰值超过上下限时，自动衰减通道的增益，实现衰减输出，从而使得整个信号的包络基本位于上下限之间。从上述两个图中可以看出，本发明所述的自动增益控制的实现系统是有效、可靠的。
本发明利用已有的模块，在进行合理的参数设置后，实现了音频信号的自动增益控制，有效解决了现有技术中的不足，节省了实现成本、增加了系统的稳定性、提高了系统的可扩展性。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种自动增益控制的实现方法，其特征在于，包括下述步骤：
设置音频动态范围控制模块的门限值；
利用音频动态范围控制模块接收并检测解码后的音频信号的幅值，并将该幅值与所述门限值进行比较；
在所述幅值大于所述门限值时，衰减所述音频动态范围控制模块的增益，并按照衰减后的增益输出相应的音频信号；在所述幅值不大于所述门限值时，所述音频动态范围控制模块按正常增益输出相应的音频信号；
所述音频动态范围控制模块输出的音频信号为模拟音频信号和/或数字音频信号。
2.根据权利要求1所述的实现方法，其特征在于，所述门限值按照下述过程来确定：输入所述音频动态范围控制模块一个满幅值、0dB的音频文件；设定所述音频动态范围控制模块衰减后的增益，并按照该衰减后的增益输出相应的音频信号；调整所述音频动态范围控制模块输出的音频信号的分贝值，使得输入到扬声器中的音频信号的功率等于该扬声器的额定功率值，此时的分贝值即为该音频动态范围控制模块的门限值。
3.根据权利要求1或2所述的实现方法，其特征在于，所述音频动态范围控制模块从正常增益输出变化到衰减增益输出的过渡时间为T1，而从衰减增益输出变化到正常增益输出的过渡时间为T2，且T1＜T2。
4.根据权利要求1所述的实现方法，其特征在于，所述正常增益为1。
5.根据权利要求1所述的实现方法，其特征在于，在所述幅值大于所述门限值、且持续一定延时时间后，再衰减所述音频动态范围控制模块的增益，并按照衰减后的增益输出相应的音频信号。
6.根据权利要求1所述的实现方法，其特征在于，若所述音频动态范围控制模块输出模拟音频信号，该模拟音频信号传输至功率放大器，并通过功率放大器驱动扬声器播放音频文件；若所述音频动态范围控制模块输出数字音频信号，该数字音频信号传输至相应的数字音频信号接收模块，并通过所述数字音频信号接收模块实现音效转换或蓝牙输出。
7.一种自动增益控制的实现系统，包括音频解码模块，其特征在于，还包括音频动态范围控制模块，用于接收所述音频解码模块解码后的音频信号，并将该音频信号的幅值与预设的门限值进行比较；在所述幅值大于所述门限值时，衰减所述音频动态范围控制模块的增益，并按照衰减后的增益输出相应的音频信号；在所述幅值不大于所述门限值时，所述音频动态范围控制模块按正常增益输出相应的音频信号；所述音频动态范围控制模块输出的音频信号为模拟音频信号和/或数字音频信号。
8.一种具有音频播放的移动通信终端，包括音频解码模块，其特征在于，还包括音频动态范围控制模块，用于接收所述音频解码模块解码后的音频信号，并将该音频信号的幅值与预设的门限值进行比较；在所述幅值大于所述门限值时，衰减所述音频动态范围控制模块的增益，并按照衰减后的增益输出相应的音频信号；在所述幅值不大于所述门限值时，所述音频动态范围控制模块按正常增益输出相应的音频信号。
9.根据权利要求8所述的移动通信终端，其特征在于，所述音频动态范围控制模块的输出端连接有功率放大器，并通过功率放大器驱动扬声器播放音频文件。
10.根据权利要求8或9所述的移动通信终端，其特征在于，所述音频动态范围控制模块的输出端连接有数字音频信号接收模块。
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