CN102026061B - 音频处理装置和方法 - Google Patents

Abstract

提供一种音频处理装置，包括：放大单元，用于接收并放大音频信号；电源单元，用于向所述放大单元提供电源；和信号处理单元，用于根据音频信号电平和电源电平来调节提供给所述放大单元的电源电平。因此，可以再现高质量音频。

Description

音频处理装置和方法

本申请要求2009年9月9日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第2009-84926号的优先权，在此并入其整体内容作为参考。

技术领域

本总的发明构思涉及一种音频处理装置及其方法，且更具体地，涉及一种减少音频失真并提高动态范围的音频处理装置及其方法。

背景技术

近来，由于数字放大器变得能够实现可以直接接收数字输入并执行各种预处理操作的小而轻的放大器，因此其正在替代模拟放大器。

通常，数字放大器被用来向扬声器输出模拟信号或数字信号。为了实现该目的，数字放大器使用数字信号处理器(DSP)来处理压缩/未压缩的信号或模拟/数字信号。DSP将压缩的信号解调为未压缩的信号，并且通过声场处理将该未压缩的信号输出为脉冲控制调制信号。

当已被DSP信号处理的音频信号的电平过大时，传统的放大器使用自动增益限制(AGL)方法。然而，AGL方法会减小动态范围或者最低声音电平和最高声音电平之间的比率，并且由此向用户传递不自然的声音。

为了解决上面的问题，提出了若干方法，包括将放大级连接到电源以防止动态范围减小。然而，这些方法不能应对音量的瞬间变化，并且由此造成输出声音的音频失真。

发明内容

本总的发明构思提供了一种减少音频失真并且提高动态范围的音频处理装置及其方法。

本总的发明构思的附加方面和效用将部分地阐述于随后的描述中，以及部分地从描述中显而易见，或者可以通过本总的发明构思的实践而获知。

本总的发明构思的特征和/或效用可以通过一种音频处理装置来实现，该音频处理装置包括：放大单元，用于接收并放大音频信号；电源单元，用于向所述放大单元提供电源；和信号处理单元，用于根据音频信号电平和电源电平来调节提供给所述放大单元的电源电平。

如果所述音频信号电平超过所述电源电平，则所述信号处理单元可以调节所述电源电平，从而提供给所述放大单元的电源电平超过所述音频信号电平。

所述信号处理单元可以在对从外部输入的音频信号执行预处理之后将其发送到所述放大单元，将用于调节所述电源电平的控制信号发送到所述电源单元，并且将所述控制信号和经预处理的音频信号分别发送到所述电源单元和所述放大单元，以便所述控制信号和所述经预处理的音频信号具有预定的时间差。

所述预定的时间差可以是对所述经预处理的音频信号执行后处理所用的时间与对所述控制信号执行处理所用的时间之间的差。

所述音频信号电平可以是音频信号的音量。

所述电源电平可以是电源的电压。

本总的发明构思的特征和/或效用也可以通过一种音频处理方法来实现，所述音频处理方法包括：根据音频信号电平来调节放大音频信号所需的电源电平；和接收所述音频信号并且根据所述电源电平放大所述音频信号。

如果所述音频信号电平超过所述电源电平，则调节电源电平的步骤可以包括调节所述电源电平，以便提供给放大单元的电源电平超过所述音频信号电平。

所述调节步骤和所述放大步骤可以具有预定的时间差。

所述预定的时间差可以是对经预处理的音频信号执行后处理所用的时间与对所述控制信号执行处理所用的时间之间的差。

所述音频信号电平可以是音频信号的音量。

所述电源电平可以是电源的电压。

本总的发明构思的特征和/或效用也可以通过一种音频处理装置来实现，所述音频处理装置包括：数字信号处理器，用于接收音频输入信号和电源反馈信号，并且输出经处理的音频信号和电源控制信号；放大器，用于放大所述经处理的音频信号；和电源，用于接收所述电源控制信号，并且根据所述电源控制信号来调节提供给所述放大器的电源输出。

所述数字信号处理器可以输出电源控制信号，以将所述电源输出调节为对应于所述经处理的音频信号。

数字信号处理器包括延迟电路，用于将所述经处理的音频信号的输出延迟为对应于所述电源控制信号。

所述延迟电路可以将所述经处理的音频信号延迟一段与处理用于控制到所述放大器的电源电平输出的电源控制信号所需的时间与处理输入到所述放大器的经处理的音频信号所需的时间之间的差对应的时间。

所述音频处理装置可以进一步包括：第一数模转换器，用于将经处理的音频信号转换为模拟信号以输出到放大器；和第二数模转换器，用于将电源控制信号转换为模拟信号以输入到电源。

经处理的音频信号和电源控制信号可以经由分开的输出端输出。

本总的发明构思的特征和/或效用也可以通过一种数字信号处理器来实现，所述数字信号处理器包括：音频信号处理单元，用于接收音频信号并且输出经处理的音频信号；和电源控制信号生成器，用于接收与提供给放大器的电源输出对应的信号，并且输出与经处理的音频信号对应的电源控制信号。

所述数字信号处理器可以进一步包括延迟生成电路，用于将经处理的音频信号的输出延迟为对应于电源控制信号。

所述延迟生成电路可以生成具有一持续时间的延迟，所述持续时间对应于处理用于调节提供给放大器的电源输出的电源控制信号所需的时间与将经处理的音频信号提供给放大器所需的时间之间的差。

所述数字信号处理器可以进一步包括第一输出端和第二输出端，该第一输出端和第二输出端分别对应于经处理的音频信号和电源控制信号。

本总的发明构思的特征和/或效用也可以通过一种音频系统来实现，所述音频系统包括：音频信号生成器，用于生成音频信号；音频处理装置；和音频输出单元，用于接收经放大的处理的音频信号并且输出对应的声音。所述音频处理装置可以包括：数字信号处理器，用于接收来自音频信号生成器的音频输入信号和电源反馈信号，并且输出经处理的音频信号和电源控制信号；放大器，用于放大经处理的音频信号；和电源，用于接收电源控制信号，并且根据电源控制信号来调节提供给放大器的电源输出。

所述音频信号生成器可以是CD、DVD、硬盘、mp3存储设备、存储芯片和盒式磁带之一。

所述数字信号处理器可以输出电源控制信号，以将电源输出调节为对应于经处理的音频信号。

数字信号处理器可以包括延迟电路，用于将经处理的音频信号的输出延迟为对应于电源控制信号。

所述延迟电路可以将经处理的音频信号延迟一段与处理用于控制到放大器的电源电平输出的电源控制信号所需的时间与处理输入到放大器的经处理的音频信号所需的时间之间的差对应的时间。

所述音频处理装置可以进一步包括：第一数模转换器，用于将经处理的音频信号转换为模拟信号以输出到放大器；和第二数模转换器，用于将电源控制信号转换为模拟信号以输入到电源。

所述经处理的音频信号和电源控制信号可以经由分开的输出端从数字信号处理器输出。

本总的发明构思的特征和/或效用也可以通过一种控制放大器的方法来实现，所述方法包括：接收音频信号；接收电源反馈信号；和根据接收到的音频信号和电源反馈信号来调节电源输出。

调节电源输出的步骤可以包括确定接收到的音频信号是否超过对应于电源输出的阈值，如果接收到的音频信号超过该阈值，则增加电源输出以超过接收到的音频信号。

所述方法可以进一步包括：在增加电源输出以超过接收到的音频信号之后，一旦接收到的音频信号不再超过该阈值，则将电源输出降低到该阈值。

根据接收到的音频信号调节电源输出的步骤可以包括生成电源控制信号。

所述方法可以进一步包括：将接收到的音频信号的输出延迟为对应于根据电源控制信号调节电源输出所需的时间。

所述方法可以进一步包括：生成与接收到的音频信号对应的经处理的音频信号。

所述方法可以进一步包括：输出与接收到的音频信号对应的声音。

附图说明

从结合附图进行的对实施例的下列描述中，本总的发明构思的这些和/或其它方面和效用将变得明显并且更容易理解，其中：

图1是图解根据本总的发明构思的一示范性实施例的音频处理装置的方框图；

图2A到图2C是图解当通过分开的路径发送音频信号和电源控制信号时音频信号和电源的电压的视图；

图3A和图3B是图解当通过分开的路径发送音频信号和电源控制信号时的失真的视图；

图4是被提供来说明根据本总的发明构思的一示范性实施例的处理音频的方法的流程图；

图5是图解根据本总的发明构思的另一示范性实施例的音频处理装置的结构的方框图；

图6是被提供来说明根据本总的发明构思的另一示范性实施例的处理音频的方法的流程图；

图7A-7C图解了根据本总的发明构思的音频处理系统的实施例；和

图8图解了根据本总的发明构思的一实施例的数字信号处理器的功能单元的方框图。

具体实施方式

现在将对本总的发明构思的实施例进行详细参考，本总的发明构思的示例图示于附图中，其中在全文中相同的附图标记指代相同的元件。为了解释本总的发明构思，下面通过参考附图来描述实施例。

图1是图解根据本总的发明构思的示范性实施例的音频处理装置100的方框图。本音频处理装置100使用数字放大器，分开产生用于驱动扬声器的信号和用于提供电源的信号，并且输出具有最小级别的失真的音频。

如图1所示，音频处理装置100包括音频输入单元110、DSP 120、第一数模转换器(DAC)130、扬声器驱动单元140、扬声器150、第二DAC 160、开关模式电源(SMPS)170和控制单元180。

音频输入单元110接收音频处理装置100中存储的音频信号或者从与音频处理装置100连接的外部装置发送的音频信号。音频信号可以是未压缩或压缩的，像比特流。音频输入单元110将音频信号发送到数字信号处理器(DSP)120。

DSP 120对输入到音频输入单元110的音频信号执行信号处理。具体地，如果输入诸如比特流之类的压缩音频信号，则DSP 120解压缩音频信号，并且将解压缩的音频信号转换为脉冲编码调制(PCM)信号。如果未压缩的音频信号被输入或压缩的音频信号被解压缩，则DSP 120将未压缩的音频信号转换为脉冲编码调制(PCM)信号。

为了数字放大，DSP 120经由第一端T1将PCM信号发送到第一DAC130。第一DAC 130将PCM信号转换为模拟信号以便输入到扬声器驱动单元140，诸如放大器。扬声器驱动单元140可以放大音频信号并且向扬声器150或其它声音输出单元输出经放大的信号。数字信号处理器120也通过生成用于控制电源170的控制信号并且经由第二端T2将该控制信号发送到第二DAC 160来控制电源170或者扬声器驱动单元140的开关模式电源，以防止音频失真。第二DAC 160将控制信号转换为输入到电源或者SMPS 170的模拟信号。SMPS 170随后相应地调节输入到扬声器驱动单元140的电源电平。

DSP 120根据从SMPS 170接收到的电源电平反馈信号和音频输入信号(或基于音频输入信号的经处理的PCM信号)而生成电源控制信号。具体地，如果PCM信号电平高于从SMPS 170输出到扬声器驱动单元140的电源电平，则DSP生成用于调节要提供给扬声器驱动单元140的电源电平的控制信号，以便从SMPS 170输出到扬声器驱动单元140的电压电平比音频信号的电平大得多。

另外，DSP 120以预定的时间间隔将PCM信号发送到第一DAC 130和将控制信号发送到第二DAC 160，因为它花费了比对音频信号执行信号处理更多的时间来执行电源控制。也就是，如果用于PCM信号和电源控制的控制信号被同时地发送到第一DAC 130和第二DAC 160，则不能适当地控制电源，因为对PCM信号的信号处理比执行电源控制要快。结果，在SMPS 170能够增加输出到扬声器驱动单元140的电压电平之前，可以向扬声器驱动单元140发送比对应于DSP接收到的电源反馈信号的电源的电压电平大的音频信号的部分。

因此，在将相应的脉冲控制调制信号发送到第一DAC 130之前，DSP 120可以将控制信号发送到第二DAC 160。发送控制信号和PCM信号之间的时间差可以对应于用于控制电源的信号处理与用于控制音频信号的信号处理的时间差。

控制单元180可以控制音频处理装置100的整体操作，以防止输出到扬声器150的音频的失真。特别地，控制单元180控制DSP 120生成用于调节将被提供给SMPS 170的电源电平的控制信号作为反馈，并且分别将PCM信号发送到第一DAC 130和将控制信号发送到第二DAC 160，其间具有预定的时间间隔。

如上所述，利用预定的时间间隔通过分开的路径来发送用于处理音频的信号和用于控制电源的信号，因此可以防止产生音频失真和使动态范围变窄的问题。

图2A到图2C是图解当通过分开的路径发送音频信号和电源控制信号时的音频信号和电源的电压的视图。

如图2A所示，如果SMPS 170提供的电源的电压电平210是Va，并且从第一DAC 130发送到扬声器驱动单元140的音频信号220的电平临时上升，则使用自动增益限制(AGL)方法的传统音频处理装置或传统数字放大器会使音频信号230的电平(音量)降低到电压电平210以下，如图2B所示，从而造成音频失真。

根据本总的发明构思的示范性实施例的音频处理装置100根据从SMPS170接收到的电压作为反馈(如图2A所示)确定音频信号220的电平(音量)是否将临时上升，并且如果音频信号220的电平(音量)临时上升，则音频处理装置100比音频信号快预定时间(Δt)提升电源控制信号的电平，而不降低音频信号的电平，如图2C所示。

因此，能够即刻响应于音频信号的变化，从而防止音频信号的失真。将参考图3A和图3B来说明该失真。

图3A和图3B图解了当通过分开的路径发送音频信号和电源控制信号时的失真。

如图3A所示，如果在音频信号电平中存在瞬时变化，则传统的音频处理装置或传统的数字放大器不能响应该瞬时变化，从而在区域310中造成总谐波失真(THD)。

然而，如图3B所示，根据本总的发明构思的示例性实施例的音频处理装置100通过分开的路径发送音频信号和电源控制信号，并且比音频信号快预定时间(Δt)提升电源控制信号的电平，以便立即响应音频信号电平中的瞬时变化，从而防止了信号的区域320中的THD。

图4是被提供来说明根据本总的发明构思的示范性实施例的处理音频的方法的流程图。

首先，音频输入单元110接收音频处理装置100中存储的音频信号或者从与音频处理装置100连接的外部装置发送的音频信号(S410)。

音频处理装置100对接收到的音频信号执行信号处理，诸如解压缩和PCM解调(S420)，并且确定音频信号的电平是否高于电源的电平(S430)。

如果确定音频信号电平高于电源电平(S430-Y)，则音频处理装置100生成用于提升电源的电压电平的控制信号(S440)并且将所生成的控制信号发送到电源(S450)。

在控制信号被发送到电源且预定时间(Δt)逝去之后(S460-Y)，音频处理装置100将所生成的音频信号发送到放大器(S470)。

如上所述，利用预定时间间隔通过分开的路径来发送用于处理音频的信号和用于控制电源的信号，因此可以防止造成音频失真和使动态范围变窄的问题。

图5是图解根据本总的发明构思的另一示范性实施例的音频处理装置的结构的方框图。根据本总的发明构思的示范性实施例的音频处理装置包括信号处理单元510、放大单元520和电源单元530。

信号处理单元510根据音频信号电平和从电源单元530接收到的电源电平(将在后面描述)来调节将被提供给放大单元520的电源电平。

放大单元520接收并放大音频信号。

电源单元530向放大单元提供电源，并且将电源或电源电平提供给信号处理单元510。

图6是被提供来说明根据本总的发明构思的另一示范性实施例的处理音频的方法的流程图。

为了处理音频，根据音频信号电平来调节放大音频信号所需的电源电平(S610)。

随后，接收音频信号并且根据电源电平来放大音频信号(S620)。

因此，能够再现高质量音频。

图7A-7C图解了根据本总的发明构思的音频处理系统的实施例。在图7A中，音频处理系统700a包括音频信号生成器701，该音频信号生成器701生成音频信号并且将该音频信号发送到音频处理装置702，该音频处理装置702类似于图1的音频处理装置100。在处理音频信号时，音频处理装置702输出音频信号至声音输出单元703，诸如扬声器。

音频信号生成器701可以包括诸如PC或服务器的计算机、诸如mp3播放器的媒体设备或者其它个人音乐文件存储设备、CD播放器、DVD播放器、或者能够存储或生成音频信号的其它设备。音频信号生成器701可以包括一个或多个存储设备，诸如CD、DVD、存储芯片、硬盘、或者用于存储音频信号或能够生成音频信号的音频文件的其它存储设备。可替换地，音频信号生成器701可以包括乐器，诸如带键盘的电声乐器、吉他、管乐器、或者能够生成音频信号或基于音乐的文件的任何其它乐器。

音频信号生成器701可以经由一条或多条线路或线缆，经由蜂窝、蓝牙无线地，或者其它无线连接或网络，或者经由有线和无线传输设备的任何组合，连接到音频处理装置702。类似地，音频处理装置702可以经由线路或无线地连接到声音输出单元703。

如图7B所示，音频处理系统700b可以包括音频信号生成器701，该音频信号生成器701经由网络704，诸如局域网或广域网(包括有线网络、无线网络、蜂窝网络、因特网)或者能够传输音频信号的任何其它网络，连接到音频处理装置702。

可替换地，如图7C所示，音频处理系统700c可以包括位于音频处理装置702内的音频信号生成器701。音频信号生成器可以将音频信号发送到音频处理装置702的音频处理电路702a，并且音频处理电路702a可以类似于图1的音频处理装置100。音频处理装置702可以包括一个或多个半导体或其它电子芯片，包括存储器、处理和逻辑电路。音频处理装置702的边界702b可以表示半导体芯片的边缘或者音频处理装置702的封装或外壳、框架或盖子。

例如，当音频信号生成器701位于音频处理装置702内时，音频信号生成器701可以包括音频测试或配置信号，用于配置电源的电压输出电平以对应于音频信号的预定输出范围。

图8图解了根据本总的发明构思的实施例的数字信号处理器的示例。数字信号处理器120可以包括音频信号处理单元122，用于经由第一端T4接收输入音频信号和经由第二端T1输出经处理的音频信号。DSP 120可以包括放大器输入电压电平控制信号生成器124，用于经由端子T3接收电源输出反馈信号和经由端子T2输出电源输出电压控制信号。

延迟生成电路126可以延迟到端子T1的经处理的音频信号的输出，以便输出的经处理的音频信号对应于所控制的电源输出电压。延迟生成电路126可以包括具有存储于其中的预定值的存储器，或者它可以包括诸如处理器和逻辑的处理电路以接收关于音频信号的数据和电源输出电压电平以及计算延迟时间。

例如，如果确定从电源输出的电压电平将会增加预定量，则延迟生成电路可以确定在经处理的音频信号从端子T1被发送之后的阶段中它将花费多长时间来处理音频信号以及它将花费多长时间来控制电源以调节输出电压电平至期望的电平。延迟生成电路126然后可以将经处理的音频信号的输出延迟所计算的值。

尽管已经示出并描述了本总的发明构思的若干实施例，但是本领域的普通技术任意将会理解，在不脱离本总的发明构思的原理和精神的情况下，可以在这些实施例中进行改变，该总的发明构思的范围在所附权利要求及其等价内容中限定。

Claims (10)

1.一种音频处理装置，包括：

放大单元，用于接收并放大音频信号；

电源单元，用于向所述放大单元提供电源；和

信号处理单元，用于根据音频信号电平和电源电平来调节提供给所述放大单元的电源电平，

其中，如果所述音频信号电平超过所述电源电平，则所述信号处理单元调节所述电源电平，以便提供给所述放大单元的电源电平超过所述音频信号电平。

2.如权利要求1所述的音频处理装置，其中，所述信号处理单元在对从外部输入的音频信号执行预处理之后将其发送到所述放大单元，将用于调节所述电源电平的控制信号发送到所述电源单元，并且将所述控制信号和经预处理的音频信号分别发送到所述电源单元和所述放大单元，以便所述控制信号和所述经预处理的音频信号具有预定的时间差。

3.如权利要求2所述的音频处理装置，其中，所述预定的时间差是对所述经预处理的音频信号执行后处理所用的时间与对所述控制信号执行处理所用的时间之间的差。

4.如权利要求1所述的音频处理装置，其中，所述音频信号电平是音频信号的音量。

5.如权利要求1所述的音频处理装置，其中，所述电源电平是电源的电压。

6.一种音频处理方法，包括：

根据音频信号电平调节放大音频信号所需的电源电平；并且

接收所述音频信号并根据所述电源电平来放大所述音频信号，

其中，如果所述音频信号电平超过所述电源电平，则所述调节步骤调节所述电源电平，以便提供给放大单元的电源电平超过所述音频信号电平。

7.如权利要求6所述的音频处理方法，其中，所述调节步骤和所述放大步骤具有预定的时间差。

8.如权利要求7所述的音频处理方法，其中，所述预定的时间差是对经预处理的音频信号执行后处理所用的时间与对用于调节所述电源电平的控制信号执行处理所用的时间之间的差。

9.如权利要求6所述的音频处理方法，其中，所述音频信号电平是音频信号的音量。

10.如权利要求6所述的音频处理方法，其中，所述电源电平是电源的电压。