CN102577112A - 包含增益控制模块的电子装置、集成电路以及相关方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于控制声频信号的增益的增益控制方法。此控制增益方法包含：以定义时间间隔将增益步阶应用于增益设置，以及当检测到声频信号内的至少一个零交越点时，将该增益设置应用于控制该声频信号增益的增益控制信号。
Description
技术领域
本发明有关于一种用于控制声频信号的增益的方法。本发明应用于，但不限于控制声频信号的增益的增益控制模块、包含上述增益控制模块的集成电路、电子装置及相关方法。
背景技术
在电子声频装置领域中，当改变，例如，扬声器(或在模拟域(analoguedomain)中改变增益的其他声频装置)的输出增益时，需改变在声频信号内的零交越点(zero crossing point)的增益，即，将(模拟正弦(analoguesinusoidal))信号波形从正值变为负值，反之亦然，以减少信号扭曲(distortion)及避免通过非零输出电流中的增益改变而导致的信号假影(artefact)。
图1为控制声频信号的增益的现有技术100的范例示意图。一般地，需求增益110包含‘0F’(十六进制(hexadecimal))初始值112。通过模拟声频装置输出的声频信号120最初包含实质等于需求增益值112的增益。零交越检测器(zero crossing detector，以下简称为ZCD)增益130还包含等于需求增益初始值的初始值131(即‘0F’)。
在时间点115上，需求增益110的数值从‘0F’变为数值117‘0B’(十六进制)，因此指示需要改变声频信号120的增益。当需求增益110发生改变时，直至ZCD的增益130达到需求增益110的数值之前，每当在声频信号120中检测到n个零交越点，ZCD的增益130就会增加(或依据需求减少)，如数值132、133、134以及135所示。声频信号120的增益与ZCD的增益130同时增加。具体地对于所示范例，每当在声频信号120中检测到6个零交越点140，ZCD的增益130就会被增加。
以此方式，声频信号120的增益以单步阶(single step)形式完成改变。因此，若以增益0dB开始，则需以6步2dB来增加至12dB。此范例中，每6个零交越点即改变增益，因此在上述范例中，经过36个零交越点来完成从0dB增加至12dB的增益值改变。由此方式增加声频信号120的增益，实质上避免了用户遭受突然且不适的声量增加。
上述现有技术的问题在于，增益的增加/减少时间(ramp up/down time)主要基于每步的零交越点数目(例如，每一步6个零交越点)。零交越点之间的时间完全取决于信号频率，信号频率可差异很大，因此取决于信号频率的斜率时间(ramp time)差异很大，如下所示：
信号频率 斜率时间(经31步)
200Hz 2.5ms*31步＝77.5ms
1kHz 0.5ms*31步＝15.5ms
20kHz 25μs*31步＝0.775ms
由于信号频率而导致的增加/减少率(ramp up/down rate)不均匀是不受欢迎的，且在许多环境中是无法接受的。举例而言，某些双音多频(Dual-toneMulti-Frequency，以下简称为DTMF)规格要求声频信号在有限时间内从静音增加至最大音量(full volume)，这对于利用上述现有技术的较低频率信号，是很难实现的。再举例而言，若需要10ms的增加时间，且零交越点之间的时间间隔为2ms，则必须经过5个零交越点才能将增益改变至所需值。这样，就必须利用特定的最少增益步阶以在可用零交越点内实现所需的增益增加。此外，通常而言，全部频率皆使用一个公用增益步阶，因此零交越点发生频繁的极高频信号具有非常短的增益增加时间。此外，用户会明显听出从静音至最大音量的增加延时(latency)中的差异。
用于改变模拟声频装置(例如，扬声器)输出信号的增益的其他技术仅基于绝对斜率时间(absolute ramp time)的相关技术来增加/减少增益，而无关于增益改变范围或输出信号频率。然而，利用绝对斜率时间来增加/减少增益的技术不可实现与零交越点的同步。
因此，在该领域中需要一种改进技术及操作方法以控制声频信号的增益。
发明内容
相应地，本发明的目的在于减轻，降低或消除上述单个或多个缺陷。如权利要求所述，本发明提供用以控制声频信号增益的增益控制模块、包含此增益控制模块的集成电路及电子装置及相关方法。
依本发明第一实施方式，提供一种集成电路，包含用于控制声频信号增益的增益控制模块。增益控制模块以定义时间间隔将增益步阶应用于增益设置，以及当检测到声频信号内的至少一个零交越点时，将增益设置应用于控制声频信号增益的增益控制信号。
由此，本发明一范例中，用于增益设置的斜率时间取决于定义时间间隔时增益步阶的应用。特别地，因为用于增益设置的斜率时间实质基于声频信号中零交越点的检测，而不是基于声频信号的频率，并且相应地，用于增益设置的实质上一致的斜率时间与声频信号的频率无关。
依本发明一可选技术特征，增益控制模块以定义时间间隔将增益步阶应用于增益设置中的定义时间间隔为已定义一致的持续时间。以此方式，对增益斜率时间的预测更为容易。
依本发明一可选技术特征，增益控制模块包含定时器电路。当期满时，定时器电路输出增益步阶信号。在定时器电路输出增益步阶信号之后，增益控制模块将增益步阶应用于增益设置。定时器电路包含计数器，接收时钟信号与增益步阶间隔值的指示。计数器更对已接收的时钟信号内上升与下降边沿中至少一者进行计算，以及当已接收的时钟信号的已计算的边沿数目达到增益步阶间隔值时，输出增益步阶信号。
依本发明一可选技术特征，增益控制模块包含增益设置电路，接收需求增益的指示，以及当接收到增益步阶信号时，增益设置电路更比较增益设置与需求增益。当增益设置不等于需求增益时，增益控制模块将增益步阶应用于增益设置。增益设置电路更接收增益步长值的指示，且被增益步阶应用于增益设置，增益步阶包含对应于已接收的增益步长值指示的步长。
依本发明一可选技术特征，增益控制模块包含硬件、固件或软件来执行输出控制功能，以输出用于控制声频信号增益的增益控制信号。输出控制功能接收增益设置的指示与零交越点检测信号，且当检测到声频信号内的零交越点时，将增益设置应用于增益控制信号。输出控制功能不考虑从先前已考虑的零交越点后在定义最短时间间隔内产生的零交越点。例如，输出控制功能不考虑从先前已考虑的零交越点后在定义最短时间间隔内产生的零交越点以忽略通过频率超过声频范围的信号而产生的零交越点。
依本发明一可选技术特征，若超过定义时间段而未检测到零交越点，增益控制模块以定义时间间隔将增益步阶应用于增益控制信号。例如，增益控制模块更包含输出控制模块，当零交越点检测定时器期满时，将增益设置直接应用于增益控制信号，而无须等待检测到零交越点。
依本发明一可选技术特征，当接收到旁路信号时，增益控制模块将需求增益直接应用于增益控制信号。例如，增益控制模块包含输出控制模块用于接收旁路信号与需求增益的指示，以及当接收到旁路信号时，将需求增益应用于增益控制信号。
依本发明一可选技术特征，声频信号包含差动信号，且增益控制模块包含比较器，接收差动声频信号，比较声频信号的多个差动分量；以及当声频信号的多个差动分量之间的比较结果极性改变时，输出已检测的零交越点的指示。
依本发明一可选技术特征，增益控制模块控制多个声频信号的增益。
依本发明第二实施方式，提供一种电子装置，包含增益控制模块，用于控制声频信号的增益。增益控制模块以定义时间间隔将增益步阶应用于增益设置，以及当检测到声频信号内的至少一个零交越点时，将增益设置应用于控制声频信号增益的增益控制信号。
依本发明第三实施方式，提供一种方法，用于控制声频信号的增益的增益控制模块。此方法包含：以定义时间间隔将增益步阶应用于增益设置；以及当检测到声频信号内的至少一个零交越点时，将增益设置应用于控制声频信号增益的增益控制信号。
依本发明第四实施方式，提供一种计算器程序产品，包含用于配置电子装置的信号处理功能性的可执行程序代码，可执行程序代码用于：以定义时间间隔将增益步阶应用于增益设置；以及当检测到声频信号内的至少一个零交越点时，将增益设置应用于控制声频信号增益的增益控制信号。
依本发明第五实施方式，提供一种方法，用于控制声频信号的增益。此方法包含：调整声频信号的增益，其中在声频信号内的零交越点处进行调整，且调整量是非一致的。
以上所述的本发明实施方式将通过参考后续具体实施方式来明显得到或者通过具体实施阐述。
附图说明
请参考仅仅作为例子的附图对本发明进一步的实施例和具体实施方式的描述，附图中的多个元素是为了简单和清楚的目的而并不需要按照比例进行绘制，其中在各个附图中的附图标号以方便理解。
图1为控制声频信号增益的现有技术的范例示意图。
图2为电子装置的范例功能方块图。
图3为增益控制模块的范例示意图。
图4为图3所用的信号时序与增益数值的范例示意图。
图5为控制声频信号增益的方法范例的简化流程图。
图6为增益控制模块的另一范例示意图。
图7为典型计算系统的示意图。
具体实施方式
本发明给出电子装置(例如无线通信单元)内增益控制电路的范例，用于控制声频信号的电压增益或衰减(attenuation)。然而，本领域技术人员应可理解，本发明的精神可以任一类声频增益控制系统体现。此外，本领域技术人员还应理解，本发明的精神可以任一类电子装置内利用声频信号的电流增益(或衰减)的声频增益控制电路体现。
在某些应用中，依本发明范例的增益控制模块的适应，有效地执行控制声频信号的增益的方法。此方法包含以定义时间间隔将增益步阶应用于增益设置，以及当检测到声频信号内的至少一个零交越点时，将增益设置应用于控制声频信号增益的增益控制信号。为清楚起见，术语“零交越点”指称信号波形中从正值变为负值的部分，反之亦然。
以此方式，增益设置的斜率时间基于以定义时间间隔的增益步阶的应用。特别地，由于增益设置的斜率时间实质上与声频信号内零交越点的检测无关，增益设置的斜率时间有利地独立于声频信号的频率。因此，可为增益设置实现实质一致的斜率时间而无关于声频信号的频率。然后，当检测到声频信号内的零交越点时，将增益设置应用于增益控制信号以减少及避免非零输出电流中由于增益改变而导致的信号扭曲与假影。
因此，当增益控制信号的斜率轮廓(ramp profile)不包含实质直线时，由于增益设置的增益步阶的时序与零交越点的检测之间的差异，增益控制信号的平均斜率时间将大约等于增益设置的平均斜率时间。通常而言，由于对于声频信号中至多单个零交越周期，增益控制信号的斜率时间将不同于增益设置的斜率时间。因此，将在可预见的均匀斜率时间内，在零交越点处改变声频信号的增益。对于上述斜率时间的绝大部分，是独立于声频信号的频率的。
首先请参考图2，图2为依本发明实施方式，电子装置的范例功能方块图。电子装置以无线通信单元200的形式给出范例，例如移动手持电话，有时也指称在蜂巢式通信中的移动用户单元(Mobile Subscriber unit，以下简称为MS)或第三代合作伙伴计划(3rd Generation Partnership Project，以下简称为3GPP)通信系统中的用户设备(User Equipment，以下简称为UE)。无线通信单元200包含天线202，优选为耦接于双工滤波器或天线开关204，双工滤波器或天线开关204隔离无线通信单元200内的接收链与传送链(chain)。
上述接收链，如本领域技术人员所知，包含接收器前端电路206(有效提供接收、滤波以及中频或基频转换)。接收器前端电路206串联于信号处理模块208。信号处理模块208将声频信号输出至适当的声频输出装置，在上述范例中，声频输出装置包含可程序增益放大器电路210以放大声频信号并提供至扬声器215。依本发明范例，无线通信单元200包含增益控制模块230，在此范例中，通过可程序增益放大器电路210控制声频信号的增益。增益控制模块230以定义时间间隔将增益步阶应用于增益设置，以及当检测到声频信号内的至少一个零交越点时，将增益设置应用于控制声频信号增益的增益控制信号。
为完整起见，接收链还包含耦接于控制器214的接收信号强度指示(Received Signal Strength Indicator，以下简称为RSSI)电路212，控制器214维持整个用户单元的控制。因此，控制器214可依接收信号的水平从RSSI电路212的恢复信息(recovered information)接收比特错误率(Bit ErrorRate，以下简称为BER)或帧错误率(Frame Error Rate，以下简称为FER)，并相应地控制任一可处理接收信号的电路作业。控制器214还耦接于接收器前端电路206与信号处理模块208(通常由数字信号处理器实现)。控制器214还耦接于存储装置216，存储装置216选择性地储存作业状况(operating regime)，例如译码/编码功能、同步模式、码序列等等。定时器218耦接于控制器214以控制无线通信单元200内作业(时变(time-dependent)信号的传送或接收)时序。在某些范例中，定时器218适当控制信号时序以便以定义时间间隔将增益步阶(增加/减少)应用于声频信号。
对于传送链而言，其实质包含输入设备220(例如键盘)。输入设备220串联于传送器/调变电路222、功率放大器224以及天线202。传送器/调变电路222与功率放大器224响应控制器214。传送链中的信号处理模块208可不同于接收链中的处理器。或者，如图2所示，也可用单处理器实现传送与接收信号的处理。应理解，无线通信单元200内的各种组件可以离散(discrete)或集成组件形式实现，上述结构仅为本发明的较佳实施方式或设计选择。
现在请参考图3，图3为依本发明实施方式，增益控制模块230的范例示意图，增益控制模块230也可作为图2中的增益控制模块。图3中的增益控制模块230控制模拟声频信号305的增益。特别地此范例中，增益控制模块230将增益控制信号310提供给可程序增益放大器315，其中可程序增益放大器315基于已接收的增益控制信号310将增益应用于(放大或衰减)输入声频信号305，并输出已放大的声频信号320。
此范例中，增益控制模块230为集成电路装置301的一部分，且增益控制模块230包含增益设置电路325。增益设置电路325可以定义时间间隔将增益步阶(增加或减少)应用于内部增益设置。特别地，增益设置电路325接收需求增益的指示330并当接收到增益步阶信号335时(此范例，增益步阶信号335接收自定时器电路340)，比较内部增益设置与需求增益。若内部增益设置不等于需求增益，增益设置电路325将增益步阶应用于内部增益设置。举例而言，若内部增益设置少于需求增益，增益设置电路325应用增益步阶以增加内部增益设置。相反地，若内部增益设置大于需求增益，增益设置电路325应用增益步阶以减少内部增益设置。
此范例中，当时序信号期满(expiration)时，定时器电路340输出增益步阶信号335，因此以时间间隔(其可为已定义一致的持续时间(duration))提供增益步阶信号335。特别地，定时器电路340包含计数器，计数器接收时钟信号345与增益步阶间隔值的指示350。此范例中，增益步阶间隔值的指示350接收自控制缓存器355。定时器电路340的计数器进一步计算时钟信号345内的边沿(edge)数目，例如上升及/或下降时钟边沿，并当已计算的边沿数目达到指示350的增益步阶间隔值时，输出增益步阶信号。增益步阶间隔值的指示350包含实际增益步阶间隔值，或包含，例如，对增益步阶间隔值集合中之一者的参考值。举例而言，定时器电路340的计数器基于二比特二进制(two-bitbinary)增益步阶间隔值的指示350来选择四个增益步阶间隔值中之一者。在输出增益步阶信号之后，定时器电路340随后自身重置以便计时下一增益步阶间隔。
如图3所示，定时器电路340更接收需求增益的指示330。以此方式，当需求增益的指示330改变时，定时器电路340重置/初始化其计数器。因此，当需求增益的指示330改变后增益步阶信号335实质上以定义时间间隔来产生。依某些范例，当接收到的需求增益的指示330改变时，若增益控制模块位于增益斜率中间(例如，若内部增益设置不等于需求增益)，则禁止上述计数器的重置/初始化。
此范例中，增益设置电路325更从控制缓存器355接收增益步长值的指示360，并将增益步阶应用于内部增益设置，其中增益步阶包含的步长对应于已接收的增益步长值的指示360。与增益步阶间隔值的指示350方式类似，增益步长值的指示360可包含实际增益步长值，或包含，例如，对增益步长值集合中之一者的参考值。举例而言，增益设置电路325基于二比特二进制增益步长值的指示360来选择四个增益步长值中之一者。
例如经由信号处理功能(例如图2所示的信号处理模块208)，控制缓存器355为可程序的。以此方式，增益控制模块230配置指示350的增益步阶间隔值及/或增益步长值以改变增益的增加/减少率。举例而言，期望/需要加速调节DTMF声频信号的音量，而期望/需要减速调节诸如动态影像专家压缩标准音频层面3(MPEG-1 Audio Layer 3，MP3)回放等的音乐声频信号的音量。
增益控制模块230更包含输出控制模块365，增益设置电路325将内部增益设置的指示370提供给输出控制模块365。输出控制模块365可输出增益控制信号310以控制声频信号305的电压或电流增益。此范例中，输出控制模块365接收内部增益设置的指示370与零交越点检测信号375，并当检测到声频信号内的零交越点时(如零交越点检测信号375所指示)，将内部增益设置应用于增益控制信号310。
此范例中，声频信号305、320包含差动(differential)信号，而增益控制模块230包含比较器380。比较器380接收差动声频信号(具体地，此范例中接收已放大的声频信号320)，并比较声频信号320的多个差动分量。比较器380输出极性(polarity)指示以作为声频信号320的差动分量之间的比较结果。上述声频信号320的差动分量之间的比较结果的极性指示作为零交越点检测信号375被提供给输出控制模块365。随后，输出控制模块365依据零交越点检测信号375来检测从正极性至负极性的改变(反之亦然)以检测声频信号320内的零交越点。
现在请参考图4，图4为依本发明实施方式，图3的增益控制模块230的信号时序与数值的范例示意图。需求增益的指示330被提供给增益设置电路325。此范例中，需求增益的指示包含‘0F’的十六进制初始值。图3的输出控制模块365输出增益控制信号310，且增益控制信号310包含等于需求增益的指示330的初始值(即，‘0F’)的初始值。增益所应用的声频信号用320标示，且声频信号320包含对应于增益控制信号初始值(即，‘0F’)的初始增益。
时间点410上，需求增益的指示330的数值从‘0F’变为‘05’。当检测到需求增益的指示330的此类改变时，定时器电路340被初始化并开时循环计算时钟边沿的数目，以及当已计算的边沿数目达到指示350的增益步阶间隔值时，输出增益步阶信号335(图4中用刻点(tick)标示)，增益步阶间隔值的指示350接收自控制缓存器355。以此方式，定时器电路340以时间间隔(其可包含已定义一致的持续时间)输出增益步阶信号335。
接收增益步阶信号335之后，增益设置电路325比较当前指示370的内部增益设置值与指示330的需求增益数值并决定内部增益设置需被增加(此范例中)。因此，增益设置逻辑325将增加的增益步阶应用于指示370的内部增益设置。以此方式，每当增益设置电路325接收到增益步阶信号335，指示370的内部增益设置即以规则的时间间隔增加，开始于时间点420，直至指示370的内部增益设置值等于指示330的需求增益数值为止。
如上文所述，当在声频信号320内检测到零交越点时，输出控制模块365将指示370的内部增益设置应用于增益控制信号310。因此，增益设置电路325在时间点420将第一增益步阶应用于指示370的内部增益设置后，当在声频信号320内检测到下一个零交越点时，输出控制模块365在时间点430将指示370的增益设置应用于增益控制信号310，使声频信号320的增益在时间点430及时增加至对应于指示370的内部增益设置。
对于以440标示的时间段，声频信号320包含相对高频以使声频信号320内的零交越点出现频率高于由定时器电路340产生的增益步阶信号335。因此，对于范例中后续两个已检测的零交越点450与460而言，指示370的内部增益设置并未改变，且在已检测的零交越点450与460期间，声频信号320的增益维持不变。以此方式，当声频信号320包含此类相对高频时，以持续时间的时间间隔由单阶步长来增加声频信号320的增益而不考虑时间间隔中检测到的零交越点数目，其中持续时间的时间间隔大约等于增益步阶信号335的间隔。因此，对于高频声频信号可实现普遍可预见的斜率时间。对于上述斜率时间的绝大部分，其独立于声频信号的特定频率。
相反地，对于以470标示的时间段，声频信号320包含较低频率以使零交越点出现频率少于由定时器电路340产生的增益步阶信号335。因此，声频信号320内的两个连续零交越点之间，定时器电路340产生超过一个增益步阶信号335。然而，由于增益设置电路325独立于增益控制信号310与声频信号特性(例如，零交越点)而将增益步阶应用于内部增益设置，内部增益设置维持可预见的斜率时间而无关于声频信号320的频率。因此，对于以470标示的时间段，增益设置电路325在声频信号320内零交越点之间将超过一个的增益步阶应用于内部增益设置，由此维持指示370的内部增益设置值所需要的增益斜率。因此，当在时间点480在声频信号320内检测到下一个零交越点时，输出控制模块365将指示370的内部增益设置值应用于增益控制信号310。此范例中，从先前的零交越点已具有两个增益步阶应用于增益控制信号310。以此方式，通过两个增益步长增加声频信号320的增益以考虑：从声频信号320内先前零交越点以来，增益设置电路325将增益步阶应用于内部增益设置。因此，当声频信号320包含此类相对低频时，尽管声频信号320的增益较指示370的内部增益设置值的增加率低，用已增加的增益步长来增加声频信号320的增益，上述增益步长已考虑较频繁的内部增益设置增加。以此方式，维持普遍可预见的整体增益斜率时间。对于上述斜率时间的绝大部分，其独立于声频信号的特定频率。
图3中所示的增益控制模块230与图1中所示的现有技术相比较，在整体增益的增加/减少时间内，较佳地控制声频信号增益，且上述增益的增加/减少时间绝大部分无关于声频信号的频率。因此，用于改变声频信号增益的整体斜率时间实质上均匀且可预见，而无关于声频信号的频率。
本发明实现此类均匀且可预见的斜率时间的较佳范例(其并非本发明的限制)为实现DTMF规格。DTMF规格要求声频信号在有限时间内从静音增加至最大音量，对于利用图1现有技术的较低频率信号，很难达到上述要求。此外，对于图1的技术，从静音增加至最大音量的增益增加的等待时间的差异可显著听见。作为范例，表1示意用在典型移动手持电话键盘的DTMF键盘频率。
表1：DTMF键盘频率
表1中信号的最低频率为697Hz，其每0.7ms有一个零交越点。对于图1所示现有技术，在典型的从静音增加至最大音量的应用需求中，例如，31个增益步阶，最差情况中增益增加时间为21.7ms(0.7ms×31步阶)。相反地，对于频率为1633Hz的信号，其每0.3ms有一个零交越点。因此，对于图1所示现有技术，在典型应用中，此信号的增益增加时间为9.3ms。由此可知，现有技术对于上述两种信号造成12.4ms的斜率时间差异。现有技术的另一缺陷在于：若期望改善最差情况中增益增加时间，其仅可通过将增益步阶设置应用于每两个零交越点而不是每一个零交越点来实现。与21.7ms的斜率时间相比较，这将导致697Hz信号的增益增加时间为43.3ms。不可忽略地，此时无法实现中间增益增加时间。
对于如图3与图4所示依本发明实施方式的增益控制模块230的范例，若增益步阶间隔(即，增益步阶信号335之间的间隔)被设为，例如，1ms且增益步长被设为，例如，1，则需要31个增益步阶以从静音增加增益至最大音量，接着，指示370的内部增益设置值从静音至最大音量的最差情况下的延迟将为31ms(1ms×31步阶)。因此，由于达到最大音量的内部增益设置值与声频信号320的内部增益设置值之间的最差情况下的延迟为单个零交越点周期(0.7ms)，声频信号从静音增加增益至最大音量的实际最差情况下的延迟为31.7ms。
请注意，若增益步长增至8，则自静音增加增益至最大音量所需的增益步阶数目减至4，因此指示370的内部增益设置值从静音至最大音量的最差情况下的延迟减至4ms(1ms×4步阶)。因此，声频信号从静音增加增益至最大音量的实际最差情况下的延迟将减至4.7ms。
对于频率为1633Hz的声频信号，增益步长被设为1，由于增益增加时间独立于声频信号的频率，指示370的内部增益设置值从静音至最大音量的增益增加时间也为31ms。为完整起见，由于达到最大音量的内部增益设置值与声频信号320的内部增益设置值之间的最差情况下的延迟为单个零交越点周期(本情况中为0.3ms)，声频信号从静音增加增益至最大音量的实际最差情况下的延迟将为31.3ms。然而，考虑当内部增益设置值达到最大音量时，恰好出现下一零交越点，则上述两种信号造成的增益增加时间的最大差异为0.7ms(31.7ms-31ms)，其远小于现有技术的最大差异。
请再次参考图3，为提供抗噪声能力(noise tolerance)，当将指示370的内部增益设置应用于增益控制信号310时，考虑忽略由噪声产生的零交越点。举例而言，任一频率超过声频范围(例如大于20kHz)的信号可被视作噪声。因此，此范例中，输出控制模块365可不考虑从先前已考虑的零交越点后定义最短时间间隔内产生的零交越点，例如忽略因频率超过声频范围的信号而产生的零交越点。
此外，更考虑到：若超过定义时间段(例如，30ms)而未检测到零交越点，例如当信号包含无声/已被静音，当需要改变增益时，增益控制模块230可以定义时间间隔将增益步阶应用于增益控制信号310，而无须等待检测到零交越点。
举例而言，输出控制模块365包含零交越点检测定时器(未绘示)，用于在定义时间段内倒数计时。当检测到零交越点时，重置定时器以使当定时器期满时，可假定定时器倒数计时周期内，未检测到零交越点。因此，当零交越点检测定时器期满时，输出控制模块365将指示370的增益设置值直接应用于增益控制信号310，而无须等待检测到零交越点。以此方式，增益步阶以定义时间间隔被用于增益控制信号310与指示370的内部增益设置值。
当零交越点检测定时器期满时，考虑将输出控制模块365设置为利用控制缓存器355重设指示350的增益步阶间隔值(及/或指示360的增益步长值)，以配置“静音模式”增益步阶间隔385(及/或步长值)。此外，考虑将输出控制模块365设置为从控制缓存器接收零交越点检测定时器数值，用于设置定时器倒数计时周期390。以此方式，增益控制模块230进入“静音模式”之前而未检测到零交越点的时间段，例如，可由信号处理功能(例如图8所示信号处理模块208)配置。输出控制模块365更从控制缓存器355接收待使用的增益步阶间隔值及/或增益步长值以配置上述“静音模式”的增益步阶间隔及/或增益步长。以此方式，此类“静音模式”的增益步阶间隔及/或增益步长也可由，例如，信号处理模块208配置。
可进一步考虑到：当接收到旁路(bypass)信号时，增益控制模块230依需求增益的指示330将需求增益直接应用于增益控制信号310，实质上略过内部增益设置与增益步阶应用。
举例而言，输出控制模块365接收需求增益的指示330并从控制缓存器355接收旁路值。因此，当控制缓存器355设置的旁路值指示需由诸如图2所示的信号处理模块208应用旁路功能性时，输出控制模块365将指示330的需求增益应用于增益控制信号310。一旦接收到旁路信号或检测到声频信号内的下一零交越点，输出控制模块365即将指示330的需求增益实质应用于增益控制信号310。以此方式，声频信号的增益可立即增加或减少至需求增益水平。重要的是，当输出控制模块365以上述旁路模式运作时，定时器电路340继续产生增益步阶信号335，且每当接收到增益步阶信号335时，增益设置电路325继续将增益步阶应用于内部增益设置。以此方式，指示370的内部增益设置值继续按照需求增益的指示330所需而增加或减少。当后续控制缓存器355中的旁路值被设置为以指示应解除旁路功能时，输出控制模块365返回至正常作业，正常作业包含，当在声频信号320内检测到零交越点时，输出控制模块365将指示370的内部增益设置值应用于增益控制信号310。
现在请参考图5，图5为控制声频信号增益的方法的范例简化流程图500。简言之，上述方法包含：以定义时间间隔将增益步阶应用于增益设置；以及当检测到声频信号内的至少一个零交越点，将增益设置应用于控制声频信号增益的增益控制信号。图5的方法可在诸如图3所示的增益控制模块中实施，或可至少部分地以可执行程序代码实现。在诸如图2所示的信号处理模块208的信号处理功能中运行上述可执行程序代码。
方法开始于步骤510，并转至步骤520以决定需求增益是否已发生改变。若决定需求增益未发生改变，方法循环返至步骤510。然而，若决定需求增益已发生改变，方法转至步骤530，其中以定义时间间隔产生增益步阶信号(刻点)。此范例中，定义时间间隔可包含用户制定的时间间隔，随后方法分支。
第一分支中，方法转至步骤540，其中内部增益设置依增益步阶需求而增加或减少，此范例中，增益步阶可包含用户可选式步长。方法转至步骤550，决定内部增益设置是否等于需求增益设置。若内部增益设置不等于需求增益设置，方法循环返至步骤530。然而，若决定内部增益设置已达到需求增益设置，则第一分支结束并转至步骤580。
再次参考步骤530之后的方法分支，第二分支中，方法转至步骤560，其中方法等待检测到零交越点。当检测到零交越点时，方法转至步骤570，其中通过将当前内部增益设置应用于增益控制信号来更新增益控制信号。随后，方法转至步骤580，决定增益控制信号是否等于需求增益设置。若增益控制信号不等于需求增益设置，方法循环返至步骤560。然而，若决定增益控制信号已达到需求增益设置，则方法循环返至步骤510。
现在请参考图6，图6为依本发明某些可选实施方式，增益控制模块600的范例示意图。对于图6所示范例，增益控制模块600控制多个声频信号的增益。特别地，此范例中，增益控制模块600将增益控制信号610提供给可程序增益放大器615。可程序增益放大器615接收多个独立的输入声频信号605，放大输入声频信号605以及输出多个独立的放大声频信号620。增益控制模块600更将增益控制信号625输出至可程序增益放大器630，可程序增益放大器630接收组合声频信号635并输出已放大组合声频信号640。组合声频信号635为多个放大声频信号620的组合。
多个独立的放大声频信号620与已放大组合声频信号640作为多任务器645的输入。多任务器645选择已输入的声频信号320与640中之一者，并将已选择的声频信号提供给增益控制模块600的比较器380。以此方式，比较器380检测已选择的声频信号内的零交越点。
增益设置电路325从多个需求增益的指示650接收已选择的需求增益的指示，例如与可程序增益放大器615及630每一个都相关的指示，已选择的需求增益的指示与已选择的声频信号相关。举例而言，多个需求增益的指示650提供给多任务器(未绘示)以输出多个需求增益的指示650中已选择的指示。
输出控制模块365输出增益控制信号310以控制已选择的声频信号，增益控制信号310对应于已选择的需求增益的指示。然后，输出控制模块365所输出的增益控制信号310通过多任务器(未绘示)被用作适当的增益控制信号610与625。
因此，以此方式，如图6所示的增益控制模块600可控制多个声频信号的增益。
本领域技术人员应可理解，其他应用中，可使用替代的功能/电路/组件及/或其他技术以实现上述各类功能作业。某些范例中，图5的流程500中某些或全部步骤可用硬件或软件实现。
因此，上述范例提供用于声频装置中的增益控制装置。特别地，上述装置与方法的范例实质上均匀且可预见地增加/减少声频信号的增益。
尽管本发明某些实施方式是以无线通信单元的应用为例，应可理解本发明并非限制于此特定种类的电子装置。
现在请参考图7，图7为依本发明实施方式，典型计算系统700的示意图，计算系统700用于实现信号处理功能。此类计算系统可被用于存取点与无线通信单元中。本领域技术人员应知晓如何利用其他计算系统或架构实现本发明。计算系统700为，例如，桌上型、膝上型或笔记本计算器、手持计算装置(PDA、手机、掌上型电脑等)、主机、服务器、客户端、或任何其他种类专用或通用计算装置，以适用于给定应用或环境。计算系统700可包含一个或多个处理器(例如处理器704)。处理器704利用通用或专用处理引擎，举例而言，微处理器、微控制器或其他控制模块。此范例中，处理器704与总线702或其他通信装置耦接。
计算系统700还包含主存储器708，例如随机存取存储(Random AccessMemory，以下简称为RAM)或其他动态存储器，用于储存将由处理器704执行的信息与指令。处理器704执行指令期间，主存储器708还被用于储存临时变量或其他中间信息。类似地，计算系统700包含只读存储器(Read Only Memory，以下简称为ROM)或其他静态存储装置，用于储存处理器704的静态信息与指令。
计算系统700还包含信息储存系统710。信息储存系统710包含，举例而言，媒体驱动器712与可移除储存接口720。媒体驱动器712包含驱动器或其他机制以支持固定或可移除储存媒体，例如硬盘驱动器、软盘驱动器、磁带驱动器、光盘驱动器、CD或DVD驱动器、读或写驱动器(R或RW)、或其他可由媒体驱动器712进行读写作业的可移除或固定储存媒体。此范例中，储存媒体718包含储存有特定计算器软件或数据的计算器-可读储存媒体。
其他替代实施方式中，信息储存系统710包含其他类似组件以允许计算器程序或其他指令或数据被载至计算系统700。此类组件可包含，举例而言，可移除储存单元722与接口720、程序盒式存储器与盒式接口、可移除存储器(例如，闪存或其他可移除存储模块)与存储槽、以及其他允许软件与数据从可移除储存单元718被转至计算系统700的可移除储存单元722与接口720。
计算系统700还包含通信接口724。通信接口724用于允许软件与数据在计算系统700与外部装置之间转移。通信接口724的范例包含调制解调器、网络接口(例如以太网络或其他网络资源中心卡)、通信端口(例如USB接口)、PCMCIA插槽与卡等等。经由通信接口724转移的软件与数据的信号形式可为电子的、电磁的、光学的或其他可由通信接口724接收的信号。上述信号经由信道728被传输至通信接口724。信道728载送信号并利用无线媒体、电线或电缆、光纤或其他通信媒体实现。信道的某些范例包含电话线、蜂巢式手机链结、RF链结、网络接口、局域或广域网、以及其他信道。
本文件中，“计算器程序产品”、“计算器-可读媒体”及其他类似术语通常指称诸如存储器708、储存装置718、或储存单元722等媒体。上述或其他形式计算器-可读媒体可储存一个或多个指令以使处理器704利用上述指令执行特定作业。当执行指令(通常指称“计算器程序代码”，以计算器程序的形式组合或其他形式组合)时，致能计算系统700以执行本发明实施方式的功能。请注意，上述代码可直接使处理器(以编译方式)执行特定作业，及/或结合其他软件、硬件、及/或固件组件(例如，执行标准功能的程序馆(library))来执行。
一实施方式中，利用软件来实现组件，软件可被储存在计算器-可读媒体中并被载至计算系统700，其中，举例而言，计算系统700可利用可移除储存单元722、媒体驱动器712或通信接口724。当处理器704执行控制模块(本范例中，软件指令或计算器程序代码)时，使处理器704执行本发明的上述功能。
特别地，设想半导体制造商将上述发明的精神应用于任一包含声频信号增益控制模块的集成电路。更可设想，举例而言，半导体制造商可将上述发明的精神应用于独立装置、或专用集成电路(Application-Specific IntegratedCircuit，以下简称为ASIC)及/或其他子系统的设计中。
应可理解，为清楚起见，上文中使用不同的功能单元与处理器来描述本发明实施方式的范例。然而，对于不同的功能单元或处理器之间的任一适当功能性分配，皆应涵盖于本发明的精神中。举例而言，分离的处理器或控制器所执行的功能可由同一处理器或控制器执行。因此，特定功能单元的参考仅可被视为提供上述功能的适当方式，而并非逻辑或实体结构或组织的严格约束。
本发明实施方式可以任一适当形式实施，包含软件、硬件、固件或其任一组合。本发明可至少部分地由计算器软件实现，软件运行在一个或多个数据处理器及/或数字信号处理器或可配置式模块组件(例如FPGA装置)上。因此，本发明实施方式中组件与模块可以任一适当方式进行实体、功能、逻辑实现。当然，功能可在单一单元、多个单元中或作为其他功能单元的一部分实现。
尽管本发明利用某些实施方式进行描述，其并非本发明的限制，本发明的范围仅以权利要求书为限制。此外，尽管特定实施方式中利用某些特征进行描述，本领域技术人员应理解，依本发明的精神可组合上述实施方式的各类特征。权利要求书中，术语“包含”应解释为包含但不限定于，并不排除其他组件或者步骤的出现。
此外，尽管多个方法、组件或步骤单独地以各实施方式列举，但上述多个方法、组件或步骤，举例而言，可由单一单元或处理器实现。且虽然各特征被独立地包含于不同权利要求中，其可被有利地组合，且不同权利要求并非表示特征的组合是不可行及/或非有利地。此外，在一组权利要求中的特征并非表示此特征仅限于此组，其应可适当地被等效用于其他组权利要求中。
此外，权利要求中的特征顺序并非表示特征执行的必要特定顺序，特别地对于方法权利要求中的步骤顺序，并非表示方法必须以必要特定顺序执行步骤。即，可以任一适当顺序执行步骤。另外，通篇说明书及权利要求当中所提及的“单一”并非排除多个的情况。因此，“一”、“第一”、“第二”等术语并非排除多个的情况。
由此，本发明提出一种改进的增益控制模块及其操作方法，可实质上解决现有技术中的问题。
Claims (21)
1.一种集成电路，包含增益控制模块，用于控制声频信号的增益，该增益控制模块以定义时间间隔将增益步阶应用于增益设置，以及当检测到该声频信号内的至少一个零交越点时，将该增益设置应用于控制该声频信号的该增益的增益控制信号。
2.如权利要求1所述的集成电路，其特征在于，该定义时间间隔为已定义一致的持续时间。
3.如权利要求2所述的集成电路，其特征在于，该增益控制模块包含定时器电路，当时序信号期满时，该定时器电路输出增益步阶信号，且在该定时器电路输出该增益步阶信号之后，该增益控制模块将该增益步阶应用于该增益设置。
4.如权利要求3所述的集成电路，其特征在于，该定时器电路包含计数器，该计数器接收时钟信号与增益步阶间隔值的指示，更计算该已接收的时钟信号内上升与下降边沿中至少一者的数目，以及当该已接收的时钟信号的该已计算的边沿数目达到该增益步阶间隔值时，输出该增益步阶信号。
5.如权利要求3所述的集成电路，其特征在于，该增益控制模块更包含增益设置电路，该增益设置电路接收需求增益的指示，以及当接收到该增益步阶信号时，比较该增益设置与该需求增益。
6.如权利要求5所述的集成电路，其特征在于，当该增益设置不等于该需求增益时，该增益设置电路将该增益步阶应用于该增益设置。
7.如权利要求6所述的集成电路，其特征在于，该增益设置电路更接收增益步长值的指示，且该增益步阶以步长被应用于该增益设置，该步长对应于已接收的该增益步长值的指示。
8.如权利要求1所述的集成电路，其特征在于，该增益控制模块更包含输出控制模块，该输出控制模块输出增益控制信号以控制该声频信号的该增益，该输出控制模块更用于：
接收该增益设置的指示与零交越点检测信号；以及
当检测到该声频信号内的零交越点时，将该增益设置应用于该增益控制信号。
9.如权利要求8所述的集成电路，其特征在于，该输出控制模块不考虑从先前已考虑的零交越点后在定义最短时间间隔内产生的一个或多个零交越点。
10.如权利要求9所述的集成电路，其特征在于，该输出控制模块不考虑从先前已考虑的零交越点后在定义最短时间间隔内产生的一个或多个零交越点以忽略通过频率超过声频范围的信号而产生的一个或多个零交越点。
11.如权利要求1所述的集成电路，其特征在于，若超过定义时间段而未检测到零交越点，该增益控制模块以该定义时间间隔将该增益步阶应用于该增益控制信号。
12.如权利要求11所述的集成电路，其特征在于，该增益控制模块更包含输出控制模块，当零交越点检测定时器期满时，该输出控制模块将该增益设置直接应用于该增益控制信号，而无须等待检测到一个零交越点。
13.如权利要求1所述的集成电路，其特征在于，当接收到旁路信号时，该增益控制模块将需求增益直接应用于该增益控制信号。
14.如权利要求13所述的集成电路，其特征在于，输出控制模块用于接收该旁路信号与该需求增益的指示，以及当接收到该旁路信号时，将该需求增益应用于该增益控制信号。
15.如权利要求1所述的集成电路，其特征在于，该声频信号包含差动信号，且该增益控制模块包含比较器，该比较器用于：
接收该差动声频信号；
比较该差动声频信号的多个差动分量；以及
当该差动声频信号的该多个差动分量之间的比较结果极性改变时，输出已检测的零交越点的指示。
16.如权利要求1所述的集成电路，其特征在于，该增益控制模块更控制多个声频信号的增益。
17.一种电子装置，包含：
增益控制模块，用于控制声频信号的增益，该增益控制模块以定义时间间隔将增益步阶应用于增益设置，以及当检测到该声频信号内的至少一个零交越点时，将该增益设置应用于控制该声频信号的该增益的增益控制信号。
18.一种增益控制方法，用于控制声频信号的增益，该增益控制方法包含：
以定义时间间隔将增益步阶应用于增益设置；以及
当检测到该声频信号内的至少一个零交越点时，将该增益设置应用于控制该声频信号的该增益的增益控制信号。
19.一种计算器程序产品，包含用于配置电子装置的信号处理功能性的可执行程序代码，该可执行程序代码用于：
以定义时间间隔将增益步阶应用于增益设置；以及
当检测到该声频信号内的至少一个零交越点时，将该增益设置应用于控制该声频信号的该增益的增益控制信号。
20.如权利要求19所述的计算器程序产品，其特征在于，该计算器程序产品包含硬盘、CD-ROM、光学储存装置、磁性储存装置、只读存储器、可程序只读存储器、可擦除可程序只读存储器、电可擦可程序只读存储器以及闪存中的至少一者。
21.一种增益控制方法，用于控制声频信号的增益，该增益控制方法包含：
调整该声频信号的该增益，其中在该声频信号内的零交越点处进行调整，且调整量是非一致的。
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