CN107623962B - 一种利用led灯指示音频压缩限幅效果的系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种利用LED灯指示音频压缩限幅效果的系统及方法，系统包括压限器、均方根单元、直流驱动源、第一DC模块、第二DC模块、第一逻辑判断模块、第二逻辑判断模块、第三逻辑判断模块、用于驱动A颜色LED表示压限状态的第一LED驱动模块、用于驱动B颜色LED表示临界状态的第二LED驱动模块和用于驱动C颜色LED表示无压限状态的第三LED驱动模块；所述均方根单元由若干串联连接的均方根模块组。通过对音频信号的压缩限幅处理环节，求信号均方根和求差运算环节，与阈值比较并驱动LED环节，实现以软件的方式来实现LED指示音频信号的压缩状态。

Description

一种利用LED灯指示音频压缩限幅效果的系统及方法

技术领域

本发明涉及音频领域，尤其是一种利用LED灯指示音频压缩限幅效果的系统。

背景技术

在音频行业，压缩限幅（以下简称压限）器对音频信号动态范围控制的一种非常惯用的调节方式。通常，压限器具有限制信号幅度、产生特殊的音效、使音量变化平稳、消除噪声以提高信噪比等等的作用，对音频链路、设备起到安全保障，以及增强音质表现力的作用。

通常，人们希望能通过一个或者多个LED灯来指示音频压缩限幅的效果。LED有3种指示音频信号压限的状态，通过LED灯指示的状态，调音师或者其他客户可以以最短的时间、最便捷的方式，直截了当地获取音频信号的压限状态。而目前，很多产品或者案例都是用模拟电路的方式来实现LED的显示。用这种硬件的方式来实现LED显示，存在电路调试困难、准确度不高等问题。而且目前，很多产品或者案例，在音频处理上都是用了ADI的DSP芯片。ADI公司的DSP已经提供了许多现成的音频压缩限幅算法模块，算法精准而又完善，开发使用操作简单。但是，所有的这些模块，仅仅实现了压缩限幅的音频动态处理，却没有通过LED显示压限状态的现成的模块或者方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用LED灯指示音频压缩限幅效果的系统及方法，以软件的方式来实现LED指示音频信号的压限状态。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种利用LED灯指示音频压缩限幅效果的系统，包括压限器、均方根单元、直流驱动源、第一DC模块、第二DC模块、第一逻辑判断模块、第二逻辑判断模块、第三逻辑判断模块、用于驱动A颜色LED表示压限状态的第一LED驱动模块、用于驱动B颜色LED表示临界状态的第二LED驱动模块和用于驱动C颜色LED表示无压限状态的第三LED驱动模块；所述均方根单元由若干串联连接的均方根模块组成，所述直流驱动源包括第三DC模块和第四DC模块；音频信号源的第一路音频信号分别输出至均方根单元的第一输入通道和压限器的第一输入通道；音频信号源的第二路音频信号输出至压限器的第二输入通道；压限器输出两路音频信号，其中一路输出信号输出至均方根单元的第二输入通道；均方根单元的输出的两路信号经过求差运算模块后输出至第一逻辑判断模块和第二逻辑判断模块；第一DC模块的输出信号输出至第一逻辑判断模块，第二DC模块的输出信号输出至第二逻辑判断模块，第三DC模块的输出信号输出至第一逻辑判断模块和第二逻辑判断模块，第四DC模块的输出信号输出至第一逻辑判断模块和第二逻辑判断模块；第一逻辑判断模块的输出信号分别输出至第一LED驱动模块和第三逻辑判断模块，第二逻辑判断模块的输出信号分别输出至第三LED驱动模块和第三逻辑判断模块，第三逻辑判断模块的输出信号输出至第二LED驱动模块。

作为改进，均方根单元的输出信号依次经过求差运算模块和增益模块进行输出。

作为改进，经增益模块放大后的信号输出至Hold1模块，Pulse1模块产生的脉冲信号输出至Hold1模块。

作为改进，所述A颜色LED为红色LED，B颜色LED为黄色LED，C颜色LED为绿色LED。

作为改进，第一DC模块的阈值大于第二DC模块的阈值。

作为改进，若第一逻辑判断模块判断音频信号幅值大于第一DC模块设定阈值，则选择第三DC模块作为输出控制A颜色LED亮，反之则灭；若第二逻辑判断模块判断音频信号幅值小于第四DC模块设定阈值，则选择第三DC模块作为输出控制C颜色LED亮，反之则灭；第三逻辑判断模块判断第一逻辑判断模块与第二逻辑判断模块输出都为0的情况下，输出控制B颜色LED亮，否则灭。

作为改进，均方根单元由四个均方根模块组成。

作为改进，音频信号源的第一路输出经过T15复制成多个分支后分别输出至压限器和均方根单元。

本发明实现利用LED灯指示音频压缩限幅效果的方法：

利用压限器对音频信号源的两路输出信号进行压限算法处理后输出；

利用均方根单元对音频信号源的第一路音频信号以及经过压限器压限后的一路输出信号进行多次求均方根运算；

利用求差运算模块对均方根运算后的输出信号进行求差运算；

若第一逻辑判断模块判断音频信号幅值大于第一DC模块设定阈值，则选择第三DC模块作为输出控制A颜色LED亮，反之则灭；若第二逻辑判断模块判断音频信号幅值小于第四DC模块设定阈值，则选择第三DC模块作为输出控制C颜色LED亮，反之则灭；第三逻辑判断模块判断第一逻辑判断模块与第二逻辑判断模块输出都为0的情况下，输出控制B颜色LED亮，否则灭。

本发明与现有技术相比所带来的有益效果是：

以软件的方式来实现LED指示音频信号的压限状态，解决现有模拟电路存在电路调试困难、准确度不高的问题，调音师或者其他客户可以以最短的时间、最便捷的方式，直截了当地获取音频信号的压限状态。

附图说明

图1为本发明系统原理图。

图2为压限器参数调节界面图。

图3为以粉红噪声为原信号的时域显示图。

图4为经过4个均方根模块处理后的效果图。

图5为Pulse1和Hold1组合的效果图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。

本发明基于ADI的DSP芯片进行改进，本实施例的DSP芯片选用ADAU1701，在原有的压缩限幅模块的基础上，基于SigmaStudio编辑开发平台，以软件的方式来实现LED指示音频信号的压限状态。

压限器本质上为一个动态可调节的增益放大器，其放大倍数(增益)可以随输入信号的大小而根据一定的音频算法进行自动调节变化。压缩限幅器是压缩器和限幅器的统称，当输入信号达到阈值或临界值时，输出信号随输入信号的增加而增加，这种情况称为压缩；不再增加则称为限幅。ADAU1701提供的压限器分两类：一类是压限器内部还包含了可设置的前置增益，用户可以根据需要进行设置；另一类即前置增益Pre Gain为1，不可设置更改，本实施例基于无前置增益这一类，但在应用中，并不限制带前置增益的压限器。

LED可以指示以下3种显示状态：

未压限状态；假设某个压缩模块输入与输出的增益g为1，即不压限的情况下，输入输出一摸一样，保持增益g不变，设备的音频输出总是明显在最大幅值的范围内而不会产生削波，这种状态为未压缩，通常绿色LED亮来指示该状态。

压缩状态；假设压缩模块的增益g为1，即不压缩的情况下，音频信号将明显处于设备输出的范围之外，导致信号被削波，为了避免这种削波失真，压缩模块自动在全频范围内调整增益g使之小于1，保证不再有削波失真，则这种状态为压缩状态，通常红色LED亮来指示该状态。

临界状态；位于以上压缩和未压缩两个状态之间的状态，为临界压缩状态，该状态用来指示音频信号幅值大小处于警告区，提醒调音师等要将信号幅值稍微调小，否则即将进入可能会产生削波的压限状态，该临界状态通常用橙色或者黄色LED显示。

以上3种显示状态本质上在压限程度上总是连续变化的，其实没有严格的区分界限，经常都是需要根据实际需求进行合理的调试和界定。

如图1所示，本发明一种利用LED灯指示音频压缩限幅效果的系统，其包括压限器1、均方根单元2、直流驱动源、第一DC模块6、第二DC模块7、第一逻辑判断模块10、第二逻辑判断模块11、第三逻辑判断模块12、用于驱动红色LED表示压限状态的第一LED驱动模块13、用于驱动黄色LED表示临界状态的第二LED驱动模块14和用于驱动绿色LED表示无压限状态的第三LED驱动模块15。音频信号源的第一路音频信号分别输出至均方根单元2的第一输入通道和压限器1的第一输入通道；音频信号源的第二路音频信号输出至压限器1的第二输入通道；压限器1输出两路音频信号，其中一路输出信号输出至均方根单元2的第二输入通道；均方根单元2的输出的两路信号经过求差运算模块3后输出至第一逻辑判断模块10和第二逻辑判断模块11；第一DC模块6的输出信号输出至第一逻辑判断模块10，第二DC模块7的输出信号输出至第二逻辑判断模块11，第三DC模块8的输出信号输出至第一逻辑判断模块10和第二逻辑判断模块11，第四DC模块9的输出信号输出至第一逻辑判断模块10和第二逻辑判断模块11；第一逻辑判断模块10的输出信号分别输出至第一LED驱动模块13和第三逻辑判断模块12，第二逻辑判断模块11的输出信号分别输出至第三LED驱动模块15和第三逻辑判断模块12，第三逻辑判断模块12的输出信号输出至第二LED驱动模块14。

所述均方根单元2由四个串联连接的均方根模块组成。均方根模块实际上是将输入信号做了平方，再开放的运算。经过均方根模块的处理后，输出的信号与原信号对比，将变得圆滑平坦；多个均方根模块串接在一起，则将大大地将原信号变得更加平坦。图3为以粉红噪声为原信号的时域显示图，很明显，如果不经过均方根模块的特殊处理，LED灯将不停地、疯狂地、无规律地闪烁，完全不能指示音频压缩状态。图4则显示的是，其他参数不更改，经过4个均方根模块处理后的效果。

信号经过多个均方根模块处理后，最后给到求差运算模块3Sub1。该求差运算模块3将均方根最后一个均方根模块输出的上下两个音频信号进行求差运算所得的结果，然后给到增益模块Gain1，使之进行倍数放大10倍。增益模块并非必须模块，只是数值放大后，调试更方便。

经增益模块Gain1放大后的信号输出至Hold1模块，Pulse1模块产生的脉冲信号输出至Hold1模块。Pulse1模块与Hold1两个模块组合起来的作用，是为了进一步避免LED频繁的闪烁，避免LED灯指示不明确的情况。Pulse1模块按一定频率产生大约1%占空比的脉冲信号，给到Hold1模块。经过增益模块Gain1增益放大后的信号经过Hold1模块后，Hold1模块在脉冲信号过来的那一刻，捕获输入信号数值，然后再其他时间保值该数值不变，直到下一个脉冲过来的时候，再更新要保持的信号数值。如图5所示，则可以明显显示出Pulse1和Hold1组合起来的作用。

所述直流驱动源包括第三DC模块8和第四DC模块9。第一DC模块6、第二DC模块7、第三DC模块8和第四DC模块9均为直流驱动源。第一DC模块6和第二DC模块7用于与处理后的音频信号进行大小比较，设计人员可根据实际需求来这两个直流源的阈值大小，但一定要保证第一DC模块6的阈值大于第二DC模块7的阈值。

本发明实现方法，包括以下步骤：

对音频信号的压缩限幅处理环节：本实施例使用了两通道的压限器1，压限器1包括两路信号输入和两路信号输出，两个通道的音频信号经过了相同的压限算法处理。在软件操作界面上用鼠标双击该压限器1即可弹出来压限器1参数调节界面，其横坐标标示信号输入幅值大小，纵坐标则标示输出信号幅值大小。其中水平曲线标示起到压限作用，即输入信号只要在-15dB以上，无论输入信号大小如何，输出总是控制在-20dB以下某个数值，而水平曲线下方的斜线部分，很明显是1:1原样输出，即没有起到压限效果。

求信号均方根和求差运算环节：对原音频信号以及经过压缩后的信号进行多次求均方根再求差运算的环节；T15将原音频信号“复制”了多个分支，其中一个分支直接给到均方根单元2，另一个分支给到压限器1的输入，输出后再给到均方根单元2；信号经过多个均方根模块处理后，最后给到求差运算模块3Sub1。该求差运算模块3将均方根最后一个均方根模块输出的上下两个音频信号进行求差运算所得的结果，然后给到增益模块Gain1，使之进行倍数放大10倍。

与阈值比较并驱动LED环节：若第一逻辑判断模块10判断音频信号幅值大于第一DC模块6设定阈值，则选择第三DC模块8作为输出控制红色LED亮，反之则灭；若第二逻辑判断模块11判断音频信号幅值小于第四DC模块9设定阈值，则选择第三DC模块8作为输出控制绿色LED亮，反之则灭；第三逻辑判断模块12判断第一逻辑判断模块10与第二逻辑判断模块11输出都为0的情况下，输出控制黄色LED亮，否则灭。

Claims (9)

1.一种利用LED灯指示音频压缩限幅效果的系统，其特征在于：包括压限器、均方根单元、直流驱动源、第一DC模块、第二DC模块、第一逻辑判断模块、第二逻辑判断模块、第三逻辑判断模块、用于驱动A颜色LED表示压限状态的第一LED驱动模块、用于驱动B颜色LED表示临界状态的第二LED驱动模块和用于驱动C颜色LED表示无压限状态的第三LED驱动模块；所述均方根单元由若干串联连接的均方根模块组成，所述直流驱动源包括第三DC模块和第四DC模块；

音频信号源的第一路音频信号分别输出至均方根单元的第一输入通道和压限器的第一输入通道；音频信号源的第二路音频信号输出至压限器的第二输入通道；压限器输出两路音频信号，其中一路输出信号输出至均方根单元的第二输入通道；均方根单元的输出的两路信号经过求差运算模块后输出至第一逻辑判断模块和第二逻辑判断模块；第一DC模块的输出信号输出至第一逻辑判断模块，第二DC模块的输出信号输出至第二逻辑判断模块，第三DC模块的输出信号输出至第一逻辑判断模块和第二逻辑判断模块，第四DC模块的输出信号输出至第一逻辑判断模块和第二逻辑判断模块；第一逻辑判断模块的输出信号分别输出至第一LED驱动模块和第三逻辑判断模块，第二逻辑判断模块的输出信号分别输出至第三LED驱动模块和第三逻辑判断模块，第三逻辑判断模块的输出信号输出至第二LED驱动模块。

2.根据权利要求1所述的一种利用LED灯指示音频压缩限幅效果的系统，其特征在于：均方根单元的输出信号依次经过求差运算模块和增益模块后输出至第一逻辑判断模块和第二逻辑判断模块。

3.根据权利要求2所述的一种利用LED灯指示音频压缩限幅效果的系统，其特征在于：经增益模块放大后的信号同时输出至Hold1模块，Pulse1模块产生的脉冲信号输出至Hold1模块。

4.根据权利要求1所述的一种利用LED灯指示音频压缩限幅效果的系统，其特征在于：所述A颜色LED为红色LED，B颜色LED为黄色LED，C颜色LED为绿色LED。

5.根据权利要求1所述的一种利用LED灯指示音频压缩限幅效果的系统，其特征在于：第一DC模块的阈值大于第二DC模块的阈值。

6.根据权利要求1所述的一种利用LED灯指示音频压缩限幅效果的系统，其特征在于：若第一逻辑判断模块判断音频信号幅值大于第一DC模块设定阈值，则选择第三DC模块作为输出控制A颜色LED亮，反之则灭；若第二逻辑判断模块判断音频信号幅值小于第四DC模块设定阈值，则选择第三DC模块作为输出控制C颜色LED亮，反之则灭；第三逻辑判断模块判断第一逻辑判断模块与第二逻辑判断模块输出都为0的情况下，输出控制B颜色LED亮，否则灭。

7.根据权利要求1所述的一种利用LED灯指示音频压缩限幅效果的系统，其特征在于：均方根单元由四个均方根模块组成。

8.根据权利要求1所述的一种利用LED灯指示音频压缩限幅效果的系统，其特征在于：音频信号源的第一路输出经过T15复制成多个分支后分别输出至压限器和均方根单元。

9.一种如权利要求1所述的用LED灯指示音频压缩限幅效果的系统的操作方法，其特征在于，包块以下步骤：

利用压限器对音频信号源的两路输出信号进行压限算法处理后输出；

利用均方根单元对音频信号源的第一路音频信号以及经过压限器压缩后的一路输出信号进行多次求均方根运算；

利用求差运算模块对均方根运算后的输出信号再求差运算；

若第一逻辑判断模块判断音频信号幅值大于第一DC模块设定阈值，则选择第三DC模块作为输出控制A颜色LED亮，反之则灭；若第二逻辑判断模块判断音频信号幅值小于第四DC模块设定阈值，则选择第三DC模块作为输出控制C颜色LED亮，反之则灭；第三逻辑判断模块判断第一逻辑判断模块与第二逻辑判断模块输出都为0的情况下，输出控制B颜色LED亮，否则灭。