CN104080245A - 控制信号生成装置和音频信号处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了控制信号生成装置和音频信号处理装置。根据发光量的设定值来生成用于控制发光元件的控制信号。在此情况下，控制信号的电流值与占空比中的每一个根据发光量的设定值而变化。此外，优选地，当发光量的设定值小于预定阈值时，电流值和占空比中的每一个根据设定值而变化，而当发光量的设定值大于预定阈值时，电流值根据设定值而变化而占空比恒定。

Description

控制信号生成装置和音频信号处理装置

技术领域

本发明涉及一种控制信号生成装置，其生成用于控制发光元件的控制信号；本发明还涉及一种音频信号处理装置，其包含所述控制信号生成装置。

背景技术

通常，通过控制待供给发光元件的电流来控制发光元件的发光量。

例如，PTL1公开了这样一种放电灯点亮装置的调光电路，当对放电灯施加超过预定电流值的电流以将其点亮时，此调光电路在电流调光模式下操作；当对放电灯施加等于或小于预定电流值的电流时，此调光电路在脉冲调光模式下操作。电流调光模式为通过改变施加于发光元件的电流的电流值来进行调光的模式，而脉冲调光模式为通过改变施加电流的ON时段与OFF时段之间的占空比来进行调光的模式。

PTL2公开了基于静态调光信号处理单元的输出来执行突发调光模式（对应于PTL1中的脉冲调光模式）中的光量控制，以及基于动态亮度调制单元的输出来执行电流调光模式中的光量控制。

{引用列表}

{专利文献}

{PTL1}JP10-112396A

{PTL2}JP4686901B2

发明内容

{技术问题}

顺便提及，诸如数字混频器等音频信号处理装置会在具有很大亮度差异的环境（从诸如大厅内部等黑暗环境到诸如户外白天等明亮环境）内使用。因此要求其显示屏幕的亮度在大动态范围内可调。

此外，在特别黑暗的环境中，若显示屏幕明亮，光会泄露至周围并妨碍表演等，而如果显示屏幕无法被观察查看，那么则也无法进行操作。因此，为了在黑暗环境中调节亮度，需要具有高分辨率的调节功能，使得光量可在极小光量区域中进行多级设定。

相反的，在明亮环境中，即使在同样的室外，合适的亮度在多云天气与晴天之间的合适亮度也具有极大差异。因此，更需要宽范围内的亮度调节，而不是进行微调。

考虑到需要采用PTL1所公开的用于光量调节的配置，可以想到在小光量区域内采用脉冲调光模式，以便通过占空比控制光量，使得尽可能抑制电流。此外，同样可以想到在大光量区域内采用电流调光模式，以便大幅改变要施加的电流以控制光量。

但是，此配置中，在使得调光模式在脉冲调光模式与电流调光模式之间切换的上述预定电流值附近，设定值的改变与光量改变之间的关系变化很大。这带来了操作的不自然感的问题。

此外，如在PTL2所公开配置中那样，如果通过脉冲调光模式执行根据用户设定的所有光量的调节，则在黑暗区域需要对将要供给到施加给具有极高分辨率的发光元件的电流值执行控制。因此，需要高分辨率的控制器以用于与其相互相关联地进行的光量的设定与电流值的设定，从而带来了成本增加的问题。

注意，除音频信号处理装置外，在对从可以想到用于大量不同环境中的发光器件元件发射的光量进行调节时也会出现相同问题。

在考虑上述背景后作出了本发明，其目的在于使得能够以较低的成本整体实现小光量区域内的高分辨率与宽动态范围地来执行光量调节。

{解决方案}

为达到上述目的，本发明的控制信号生成装置包括生成器，其生成控制信号，此控制信号根据一个参数的当前值来控制发光元件，此参数用于指定发光元件的发光量，其中，通过生成器生成的控制信号具有电流值和占空比，电流值和占空比中的每一个根据参数的当前值而变化。

在此控制信号生成装置中，可以设想当参数的当前值小于预定阈值时，通过生成器生成的控制信号的电流值和占空比中的每一个根据参数的当前值而变化，并且当参数的当前值大于预定阈值时，电流值根据参数的当前值变化，而占空比恒定。

此外，可以设想此控制信号生成装置还包括：控制器；电压信号输出装置，其输出直流电压信号，通过控制器设定此直流电压信号的电压值；以及脉冲信号输出装置，其输出脉冲控制信号，通过控制器设定此脉冲信号的占空比，其中，生成器生成这样一个信号作为控制信号：该信号用于在由所述脉冲信号指示的定时将具有根据所述直流电压信号的电压值的电流值的电流施加到所述发光元件。

此外，本发明的音频信号处理装置包括上述控制信号生成装置以及显示器，其中，控制信号生成装置生成用于控制显示器的背光的控制信号。

{本发明的有益效果}

如上所述的本发明的控制信号生成装置和信号处理装置可以以较低的成本整体实现小光量区域内的高分辨率与宽动态范围地来执行光量调节。

附图说明

图1是示出作为本发明控制信号生成装置的一个实施例的照明装置的结构的示意图。

图2为示出光量参数当前值与从LED驱动器输出的驱动信号的有效电流值之间的关系的曲线图。

图3为通过双对数坐标轴示出与图2中相同关系的曲线图。

图4为说明用于设定光量的分辨率的曲线图。

图5为说明用于设定光量的分辨率的另一个曲线图。

图6为示出数字混频器的结构的示意图，此数字混频器为结合了本发明控制信号生成装置的音频信号处理装置的一个实施例。

具体实施方式

在下文中，将结合附图详细说明用于实施本发明的实施例。

首先，图1示出了作为本发明控制信号生成装置的一个实施例的照明装置的结构。

照明装置10包括控制器11、DC（直流）调制电路12、PWM（脉冲宽度调制）调制电路13、以及LED（发光二极管）驱动器14，它们构成生成器。照明装置10使用该生成器生成控制信号（驱动信号），此控制信号用于控制作为发光元件的LED15的点亮。LED驱动器14将控制信号施加给LED15，以点亮LED15并且控制由LED15发射的光量。

控制器11具有以下功能：接受对来自LED15的发光量的指定，以及将此指定光量作为一个光量参数的值进行存储。控制器11基于光量参数的当前值（当前设定的值）来获取将在DC调制电路12中设定的电压值和将在PWM调制电路13中设定的占空比，并对这些得到的值进行设定。可以设想，控制器通过搜索预先存储要获取的值与光量参数的当前值之间的对应关系的表、或者通过某种算法运算，来获取电压值和占空比。还可以使用其他方法。可以通过诸如旋钮、滑块、旋转编码器等的物理控件、或可以通过在诸如GUI（图形用户界面）的屏幕上显示的虚拟控件来执行对光量指定的接收。

DC调制电路12为电压信号输出装置，其输出具有由控制器11设定的电压值的DC电压信号。注意，可以以例如5位的分辨率来设置该电压值。在此情况下，假设设定的5位数值为X（0至31），DC调制电路12可配置为输出电压值为[电压最大值]×(X+1)/32的信号。

PWM调制电路13为脉冲信号输出装置，其输出具有由控制器11设定的占空比的PWM波形信号。此PWM波形为矩形波，此信号在整个周期中由占空比信号表示的时段期间为HIGH，而在剩余时段期间为LOW。任何不在显示器中产生闪烁的频率均可以使用。占空比可以设定为例如5位的分辨率。在此情况下，假设设定的5位的数值为Y（0至31），PWM调制电路13可配置为输出占空比为100%×(Y+1)/32的PWM波形。

LED驱动器14生成驱动信号，此驱动信号具有与从DC调制电路12输入的DC电压信号的电压值成比例的电流值，并且其在从PWM调制电路13输入的PWM波形为HIGH时变为ON。LED驱动器14将驱动信号施加至LED15。因此，被施加至LED15的驱动信号的有效电流为电流值×占空比。

LED15以与由LED驱动器14施加至LED15的驱动信号的有效电流值大致成比例的光量点亮。因此，采用由控制器11在DC调制电路12中设定的更大电压值以及采用由控制器11在PWM调制电路13中设定的更大占空比，LED15更加明亮地点亮。

随后，将使用图2与图3来描述光量参数的当前值与从LED驱动器14输出的驱动信号的有效电流值之间的关系。

图2与图3为示出光量参数的当前值与从LED驱动器14输出的驱动信号的有效电流值之间的关系的曲线图。注意，有效电流值被描绘为与最大可输出值的比值的形式。在图2中，在两个轴上均以线性坐标描绘这些值，而在图3中，在两个轴上均以对数坐标描绘这些值，但是标绘在图中的这些值是相同的。

考虑到在对数坐标中方便表示，在图2和图3的示例中，假设光量参数的值被设定为5位并且值的范围被设定为1至32。此外，（C）图示的示例为本发明的一个实施例，而（A）与（B）图示的示例为用于说明本实施例效果的对比示例。

首先，（A）为在光量参数值的整个区域中采用电流调光模式（电流值控制）的情况的示例。

在此情况下，假设光量参数的当前值为N，并且在DC调制电路12中设定的电压值X为X=N-1。此外，在光量参数的值的整个区域中在PWM调制电路13中设定的占空比Y为31，此值为最大值。因此，假设在光量参数值为最大时的有效电流值为100%，随着每个光量参数值的减小，与之对应的有效电流值也逐渐减小，并且在当前值N为1时，有效电流值变为参考图3中以数字23表示的部分。

可以发现，由于DC调制电路12中的分辨率设定的限制，如（A）内仅使用电流调光模式的方法不能使光量下限降低太多。此外，与N=2对应的有效电流值为因此，不可能在小光量区域中对光量进行微调。

接下来，（B）为下述情况的示例：即在光量参数的当前值等于或大于阈值的区域中采用电流调光模式，并在所述当前值小于阈值的区域中采用脉冲调光模式（占空比控制）。

此处，阈值为17，并且在光量参数的值为17至32的区域中，DC调制电路12中设定的电压值X大体上从最大值变化至最小值。因此，假设光量参数的当前值为N，电压值X为X=2N-33。在此区域内，PWM调制电路13中设定的占空比Y为31，此值为最大值。此外，在光量参数的值为1至16的另一区域中，电压值X为0，并且PWM调制电路13内设定的占空比Y大体上从最大值变化至最小值。因此，此区域内的占空比Y为Y=2N-2。

即使在此模式中，随着每个光量参数的值的减小，与之对应的有效电流值也逐渐减小，并且在当前值N为1时，有效电流值变为参考图3中以数字24表示的部分。

通过如（B）所示那样根据光量的参数的当前值的范围分别采用电流调光模式与脉冲调光模式，光量的可调节范围变得大于（A）中的情况。此外，对应于N=2的有效电流值为 因此也有可能在小光量区域中对光量进行微调。

但是，由于其电流调光模式中的电流调节需要在比（A）中更少的级数下进行，因此，根据光量参数的值的变化的有效电流值的变化在此范围内进行得更快。此外，在调光模式在电流调光模式与脉冲调光模式之间切换的点上，与光量参数的值的变化对应的有效电流值的变化程度迅速改变。例如，在电流调光模式的范围中，当光量参数的值改变1时，有效电流值（即，LED15的发光量）大幅改变，而在脉冲调光模式范围中，即使光量参数的值改变1，有效电流值也几乎不变。这在设定光量时产生了操作的不自然感。参考图3中由数字22表示的部分。

此外，在光量参数的值的宽范围内，最小电压（电流）被用作DC调制电路12的电压值（LED驱动器14的驱动信号的电流值）。但是由于制造误差，在小电流值状态下，LED15的发光量在个体之间会有较大不同，并且因此难以具有稳定的光发射。就此而言，即使在（B）模式中，也不能断言可以恰当地执行在小光量区域中的光量微调。

随后，（C）为在下述情况下的示例：即在光量参数的当前值等于或大于阈值的区域中采用电流调光模式，并在所述当前值小于阈值的区域中同时采用电流调光模式与脉冲调光模式。

在（C）示例中，在光量参数的值的整个区域中执行如（A）中所示的电流调光模式的电流控制，而在光量参数的值为1至16的区域中还采用了脉冲调光模式。换而言之，PWM调制电路13中设定的占空比Y在此范围内大体上从最大值变化至最小值。因此，如（B）的示例中所示，在此范围内的占空比Y为Y=2N-2。

通过如（C）中那样以相结合的方式采用电流调光模式和脉冲调光模式，像（B）那样加宽了光量调整的动态范围。参考图3中由数字24表示的部分。此外，对应于N=2的有效电流值为 因此同样可以充分确保小光量区域中的光量调节的分辨率。

此外，在整个光量参数的值的范围内使得DC调制电路12的电压值的变化均匀，而在部分范围内额外地改变PWM调制电路13中设定的占空比。因此，根据光量参数的值的变化的有效电流值的变化程度不会迅速改变。这消除了在设置光量时的操作的不自然感。参考图3中由数字21表示的部分。

此外，施加至LED15的驱动信号的电流值在小光量的区域中也基本上取高于最小值的值，因此使得能够以稳定光量发射光。换而言之，由LED15的个体之间的特性变化导致的影响更小。

如上所述，如（C）中那样以相结合的方式采用电流调光模式与脉冲调光模式，使得可以在将小光量区域中的高分辨率与宽动态范围作为整体同时实现的同时恰当地执行光量调节。

附带地，为达到约1000倍的动态范围（对应于10位），只需要将控制器11、DC调制电路12、以及PWM调制电路13配置为使得它们中的每个均可以处理5位数据。通常，需要处理的位数越多，电路的成本就越高。因此，可以说根据（C）模式，可以采用便宜的电路实现宽动态范围。

此外，由LED15的个体之间的特性差异导致的影响更小，换而言之，即使在制造照明装置10的过程中特性差异消除的程度稍微降低，照明装置10中的发射不均匀性也不明显。因此，就此而言，可以减小制造照明装置10的过程中的校准负担，从而减少费用。

注意，在（C）模式中，在大光量情况下并未在组合中采用脉冲调光模式的原因是为了防止噪声。当切换具有大电流值的信号的ON/OFF时，噪声具有很大影响，但是100%的占空比永远不会导致ON/OFF的切换，从而即使采用大电流值的驱动信号也可以防止噪声的产生。

此处，将进一步采用图4描述（C）模式中光量参数的当前值与LED驱动信号的有效电流值之间的关系。

图4中，a至h分别表示作为光量参数的最大值的1/8至8/8的值。

图2中示例（C）中，在光量参数的当前值大于作为最大值一半的值（d）时，仅使用电流调光模式。在此情况下，有效电流值（以及LED15的发光量）的变化相对于光量参数的值的变化为线性。另一方面，在该当前值小于作为最大值一半的值时，以结合的方式使用电流调光模式与脉冲调光模式两者。在此情况下，有效电流值相对于光量参数的值变化的变化在小光量区域中很小，而在大光量的区域中很大。因此，可以在小光量的区域中执行具有高分辨率的光量调节。这是因为驱动信号的电流值与占空比均随光量参数值的增加而增加，从而有效电流值变为光量参数值的二次函数。

注意，在当前值处于c至d范围内的情况下，分辨率低于当前值为d或更大的情况。但是，由于考虑到对这些值周围的中间光量进行设置的需要不是很高，因此即使分辨率轻微下降也不成为问题。相反的，优选地确定相结合地采用电流调光模式与脉冲调光模式的范围、在DC调制电路12中可设定的电压值以及在PWM调制电路13中可设定的占空比值，以使得低分辨率的区域处于不常需要的光量范围之内。

注意，虽然在此已经描述了控制器11中的光量参数的值、DC调制电路12中的电压设定值、以及PWM调制电路13中的占空比设定值均为5位的示例，但这些值并不限定于5位。这些值也可以为8位。

这使得能够使用针对光量的8位设定值来进行具有16位动态范围的光量调节。但是，期望的是将动态范围保持为13位左右，其原因在于，若采用电压值和占空比的整个动态范围，则驱动信号的电流值会变得过低，并且ON时段变得过短，从而导致出现LED不能正常点亮的可能。

附带地，即使光量参数的值采用任意位数，只要光量参数的当前值、DC调制电路12中设定的电压值、和在相结合地采用了脉冲调光模式的范围内的PWM调制电路13中设定的占空比之间为线性关系，则仍然保持图4所示关系。

但是，这并非必要。例如，在DC调制电路12的电压值和PWM调制电路13的占空比可以比光量参数的值设置得更精细的情况下，也可以想到将这些值设定为使得当设定值更小时，在以组合方式采用了脉冲调光模式的范围内针对为1的光量参数的值的电压值和/或占空比的变化宽度更小。

因此，这使得相比于图4的情况可以进一步提高用于设置小光量区域（例如，光量参数的当前值范围为b以下）中的光量的分辨率，如图5所示。当小光量区域中的精确调节很重要时，这样的配置很有用。注意，尽管在b至d范围内图5的示例中的分辨率低于图4的示例中的分辨率，但是只要没有太多设置要求的光量落在此范围内，便不会出现特别的问题。

可以设想，上文已经描述的照明装置10可作为音频信号处理设备（如数字混频器等）的显示装置（如液晶面板等）的背光。在此情况下，优选地采用LED15作为背光，并且LED驱动器14的控制器11用作控制信号生成装置，此控制信号生成装置生成用于控制LED15的点亮的控制信号。

图6示出了包含了照明装置10的数字混频器的硬件结构的示例。

在数字混频器30中，CPU31为控制器，其集中控制数字混频器30的操作，并且通过执行存储于闪速存储器32中的必要的控制程序来实现各种控制功能。CPU31也可起到控制器11的作用。

闪速存储器32为可重写非易失性存储器，用于存储包括由CPU31执行的控制程序在内的即使在断电后依然存留的数据。

RAM33为对要被临时存储的数据进行存储的存储器，并且用作CPU31的工作存储器。

显示装置34为显示器，其根据CPU31的控制来显示各种信息，并且包含以LED15作为背光的显示面板。

控件35用于接收对数字混频器30的操作，并且可以由诸如按键、按钮、旋转编码器、旋钮、滑块等各种物体组成。

波形输入/输出单元（波形I/O）36为用于从/向音频混频器30的外部输入/输出音频信号的接口。

数字信号处理器（DSP）37为音频信号处理器，用于对从波形I/O36输入的音频信号执行各种处理（包括混频、均衡以及效果施加），并且将处理结果提供至波形I/O36以将结果输出至外部。

系统总线38连接上述装置与单元。

上述数字混频器30用于这样的环境：其中亮度极为不同，并且极其需要在黑暗环境下以高分辨率来对显示设备34的亮度进行调节。因此，采用照明装置10尤其有用，以便使得能够进行实现小光量区域中的高分辨率以及宽动态范围两者的光量调节。

虽然本实施例描述到此为止，但显然本发明并不受限于以上描述的实施例。

例如，上述实施例中，在用于指定LED15的发光量的参数的值通常等于或小于其最大值的一半的情况下，相结合地采用电流调光模式和脉冲调光模式。但是，本发明并不受限于此情况。可以在更宽范围或更窄范围内相结合地采用电流调光模式和脉冲调光模式。可以不提供仅采用电流调光模式的范围，并且可以在整个参数的值范围内相结合地采用电流调光模式和脉冲调光模式。

上述实施例中已经描述了这样的示例，即根据指定LED15的发光量的参数的值来设定DC调制电路12的电压值，从而间接设定了由LED驱动器14输出的驱动信号的电流值。但是，可以根据上述参数的值直接设定驱动信号的电流值。

上述实施例中已经描述了采用LED作为发光元件的情况。但是，本发明也可应用于控制其他发光元件的情况。例如，本发明也可应用于控制诸如阴极管、LD（激光二极管）、有机EL（电致发光）、等离子体、放电管、半导体激光器等其他发光元件的发光量的设备。

此外，上述实施例中的包含控制信号生成装置的装置并不限于音频信号处理装置。控制信号生成装置可以包含于配备有发光元件的任何装置，包括组成摩托车仪表盘的显示板。

以上已描述的构造与修改示例在其具有一致性时可以适当组合并应用。

{工业实用性}

从以上描述显而易见的是，根据本发明，可以以较低的成本执行将小光量区域中的高分辨率与宽动态范围作为整体同时实现的光量调节。

因此，采用本发明可以改进发光元件的光量调节的便利性。

{参考符号列表}

11...控制器，12...DC调制电路,13...PWM调制电路,14...LED驱动器,15...LED,30...数字混频器,31...CPU,32...闪速存储器,33...RAM,34...显示器,35...控件,36...波形I/O,37...DSP。

Claims (4)

1.一种控制信号生成装置，包括：

生成器，其生成控制信号，所述控制信号用于根据一个参数的当前值来控制发光元件，所述参数用于指定所述发光元件的发光量，

其中，通过所述生成器生成的所述控制信号具有电流值和占空比，所述电流值和所述占空比中的每一个根据所述参数的当前值而变化。

2.如权利要求1所述的控制信号生成装置，

其中，当所述参数的当前值小于预定阈值时，由所述生成器生成的所述电流值和所述占空比中的每一个根据所述参数的当前值而变化，并且，当所述参数的当前值大于所述预定阈值时，由所述电流值根据所述参数的当前值而变化，而所述占空比恒定。

3.如权利要求1或2所述的控制信号生成装置，还包括：

控制器；

电压信号输出装置，其输出直流电压信号，所述直流电压信号具有由所述控制器设定的电压值；以及

脉冲信号输出装置，其输出脉冲信号，所述脉冲信号具有由所述控制器设定的占空比，

其中，所述生成器生成这样的信号作为所述控制信号：该信号用于在由所述脉冲信号指示的定时将具有根据所述直流电压信号的电流压值的电流值的电流施加到所述发光元件。

4.一种音频信号处理装置，包括如权利要求1至3中任一项所述的控制信号生成装置、以及显示器，

其中，所述控制信号生成装置生成用于控制所述显示器的背光的控制信号。