CN114095831A - 多段动态范围控制电路以及音频处理芯片 - Google Patents

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CN114095831A CN202010864163.XA CN202010864163A CN114095831A CN 114095831 A CN114095831 A CN 114095831A CN 202010864163 A CN202010864163 A CN 202010864163A CN 114095831 A CN114095831 A CN 114095831A
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朱马
姚炜
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    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H—ELECTRICITY
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Abstract

本发明公开了一种多段动态范围控制电路以及音频处理芯片，所述多段动态范围控制电路具有N个互联的动态范围控制支路，N个动态范围控制支路用于分别对音频输入数据中的一个不同频段进行调控，以输出对应的输出数据；N个动态范围控制支路依次为第1支路至第N支路，分别调控第1频段至第N频段；第i支路直接从所述音频输入数据中筛选出第i频段；或者第i支路接收所述音频输入数据以及相邻支路提供的数据，并从所述音频输入数据中滤除相邻支路数据；或者第i支路接收相邻支路提供的数据，并从中滤除相邻支路对应的频段；i为不大于N的正整数。可以实现对音频输入数据的多段动态范围控制，电路结构简单，不改变原始音频输入数据的相位。

Description

多段动态范围控制电路以及音频处理芯片
技术领域
本发明涉及声音处理技术领域，更具体的说，涉及一种多段动态范围控制电路以及音频处理芯片。
背景技术
动态范围控制(Dynamic Range Control，简称DRC)是常用于声音大小音量控制的算法，能够在不同能量大小范围区间里进行不同的处理。在数字音频信号处理过程中，有对数字信号分成各个频段独立进行动态范围控制处理，再叠加会来的应用需求，该处理过程即为多段动态范围控制(MBDRC)。
现有的多段动态范围控制方案中，为了保证最后叠加回来的目标数据没有相位错乱的听感，需要采用较多的滤波器，这样会导致较大的计算量。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种多段动态范围控制电路以及音频处理芯片，方案如下：
一种多段动态范围控制电路，所述多段动态范围控制电路包括：
N个互联的动态范围控制支路，N个所述动态范围控制支路用于分别对音频输入数据中的一个不同频段进行调控，以输出对应的输出数据；N为大于1的正整数；
输出模块，所述输出模块用于基于各个所述动态范围控制支路的输出数据，输出经过多段动态范围调控后的目标数据；
其中，N个所述动态范围控制支路依次为第1支路至第N支路，分别调控第1频段至第N频段；第i支路直接从所述音频输入数据中筛选出第i频段；或者第i支路接收所述音频输入数据以及相邻支路提供的数据，并从所述音频输入数据中滤除相邻支路数据；或者第i支路接收相邻支路提供的数据，并从中滤除相邻支路对应的频段；i为不大于N的正整数。
优选的，在上述多段动态范围控制电路中，第1支路至第N支路均通过各自单独的动态范围控制模块对所对应的频段单独进行增益处理。
优选的，在上述多段动态范围控制电路中，所述输出模块用于计算所有所述动态范围控制支路输出数据的和值，将该和值作为所述目标数据。
优选的，在上述多段动态范围控制电路中，所述输出模块为加法器。
优选的，在上述多段动态范围控制电路中，N个所述动态范围控制支路基于第1频点Fc1至第N-1频点FcN-1将所述音频输入数据分为第1频段至第N频段，第1频点Fc1至第N-1频点FcN-1依次增大。
优选的，在上述多段动态范围控制电路中，第1支路中具有第1低通滤波器，第1低通滤波器的截止频率为第1频点Fc1，用于确定第1频段为不大于第1频点Fc1的频率范围。
优选的，在上述多段动态范围控制电路中，第2支路至第N-1支路依次具有第2低通滤波器至第N-1低通滤波器，第2低通滤波器至第N-1低通滤波器的截止频率依次为第2频点Fc2至第N-1频点FcN-1；
第m支路通过第1支路至第m-1支路中的各个低通滤波器，以及通过本支路的第m低通滤波器，筛选出所述音频输入数据中频率介于第m-1频点Fcm-1和第m频点Fcm的之间部分，作为第m频段；m为大于1，且小于N的正整数。
优选的，在上述多段动态范围控制电路中，
第N支路中具有第N-1高通滤波器，第N-1高通滤波器的截止频率为第N-1频点FcN-1；
第2支路至第N-1支路依次具有第2高通滤波器至第N-1高通滤波器，第2高通滤波器至第N-1高通滤波器的截止频率依次为第2频点Fc2至第2频点FcN-1；
第m支路通过第m+1支路至第N支路中的各个高通滤波器，以及通过本支路的第m高通滤波器，筛选出所述音频输入数据中频率介于第m-1频点Fcm-1和第m频点Fcm的之间部分，作为第m频段；m为大于1，且小于N的正整数。
优选的，在上述多段动态范围控制电路中，N＝3；
第1支路具有依次连接的第1低通滤波器、第1缓冲器和第1动态范围控制模块；第1低通滤波器输入所述音频输入数据，第1动态范围控制模块输出第1输出数据；
第2支路具有依次连接的第2缓冲器、第2低通滤波器和第2动态范围控制模块；第2缓冲器输入所述音频输入数据，其输出信号减去第1低通滤波器的输出信号的差值作为第2低通滤波器的输入信号；第2动态范围控制模块输出第2输出数据；
第3支路具有依次连接的第3缓冲器和第3动态范围控制模块，第2缓冲器的输出信号减去第1低通滤波器的输出信号的差值作为第3缓冲器的输入信号，第3缓冲器的输出信号减去第2低通滤波器的输出信号的差值作为第3动态范围控制模块的输入信号，第3动态范围控制模块输出第3输出数据。
优选的，在上述多段动态范围控制电路中，N＝3；
第1支路具有依次连接的第1低通滤波器和第1动态范围控制模块；第1动态范围控制模块输出第1输出数据；
第2支路具有依次连接的第2低通滤波器、第1缓冲器和第2动态范围控制模块；第2低通滤波器输入所述音频输入数据，其输出信号作为第1低通滤波器的输入信号；第1缓冲器的输出信号减去第1低通滤波器的输出信号的差值作为第2动态范围控制模块的输入信号；第2动态范围控制模块输出第2输出数据；
第3支路具有依次连接的第2缓冲器、第3缓冲器和第3动态范围控制模块；第2缓冲器输入所述音频输入数据，其输出信号减去第2低通滤波器的输出信号的差值作为第3缓冲器的输入信号；第3动态范围控制模块输出第3输出数据。
优选的，在上述多段动态范围控制电路中，N＝4；
第1支路具有依次连接的第1低通滤波器、第1缓冲器、第2缓冲器和第1动态范围控制模块；第1低通滤波器输入所述音频输入数据，第1动态范围控制模块输出第1输出数据；
第2支路具有依次连接的第3缓冲器、第2低通滤波器、第4缓冲器和第2动态范围控制模块；第3缓冲器输入所述音频输入数据，其输出信号减去第1低通滤波器的差值作为第2低通滤波器的输入信号；第2动态范围控制模块输出第2输出数据；
第3支路具有依次连接的第5缓冲器、第3低通滤波器和第3动态范围控制模块；第3缓冲器的输出信号减去第1低通滤波器的差值作为第5缓冲器的输入信号；第5缓冲器的输出信号减去第2低通滤波器的输出信号的差值作为第3低通滤波器的输入信号；第3动态范围控制模块输出第3输出数据；
第4支路具有依次连接的第6缓冲器和第4动态范围控制模块；第5缓冲器的输出信号减去第2低通滤波器的输出信号的差值作为第6缓冲器的输入信号；第6缓冲器的输出信号减去第3低通滤波器的输出信号作为第4动态范围控制模块的输入信号；第4动态范围控制模块输出第4输出数据。
优选的，在上述多段动态范围控制电路中，N＝3；
第1支路具有依次连接的第1低通滤波器、第1缓冲器和第1动态范围控制模块；第1低通滤波器输入所述音频输入数据，第1动态范围控制模块输出第1输出数据；
第2支路具有依次连接的第2缓冲器、第3缓冲器和第2动态范围控制模块；第2缓冲器输入所述音频数据，其输出信号减去第1低通滤波器的输出信号的差值作为第3缓冲器的输入信号；第2动态范围控制模块输出第2输出数据；
第3支路具有依次连接的高通滤波器和第3动态范围控制模块；第2缓冲器的输出信号减去第1低通滤波器的输出信号的差值作为所述高通滤波器的输入信号；第3缓冲器的输出信号减去所述高通滤波器的输出信号的差值作为第2动态范围控制模块的输入信号；第3动态范围控制模块输出第3输出数据。
本发明还提供了一种音频处理芯片，包括：
上述任一项所述的多段动态范围控制电路。
通过上述描述可知，本发明技术方案提供的多段动态范围控制电路以及音频处理芯片中，设置所述多段动态范围控制电路具有N个互联的动态范围控制支路，N个所述动态范围控制支路用于分别对音频输入数据中的一个不同频段进行调控，以输出对应的输出数据；N个所述动态范围控制支路依次为第1支路至第N支路，分别调控第1频段至第N频段。第i支路直接从所述音频输入数据中筛选出第i频段；或者第i支路接收所述音频输入数据以及相邻支路提供的数据，并从所述音频输入数据中滤除相邻支路数据；或者第i支路接收相邻支路提供的数据，并从中滤除相邻支路对应的频段；i为不大于N的正整数。本发明技术方案可以实现对音频输入数据的多段动态范围控制，电路结构简单，不改变原始音频输入数据的相位。各个频段可以单独进行动态范围控制，各个频段经过单独动态范围控制后的时域数据以及叠加后的目标数据的相位和原始的音频输入数据保持一致，目标数据的幅度不受电路中分频滤波器的幅度调制。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明实施例提供的一种多段动态范围控制电路的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种多段动态范围控制电路的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种线性相位的低通FIR滤波器的幅频响应图；
图4为线性相位的低通FIR滤波器的采样延迟图；
图5为本发明实施例体提供的又一种多段动态范围控制电路结构示意图；
图6为本发明实施例提供的又一种多段动态范围控制电路的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的又一种多段动态范围控制电路的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。
如图1所示，图1为本发明实施例提供的一种多段动态范围控制电路的结构示意图，包括：N个互联的动态范围控制支路11，N个所述动态范围控制支路11用于分别对音频输入数据Din中的一个不同频段进行调控，以输出对应的输出数据；N为大于1的正整数；输出模块12，所述输出模块12用于基于各个所述动态范围控制支路11的输出数据，输出经过多段动态范围调控后的目标数据Dout。其中，N个所述动态范围控制支路11依次为第1支路至第N支路，分别调控第1频段Din1至第N频段DinN；第i支路直接从所述音频输入数据中筛选出第i频段；或者第i支路接收所述音频输入数据以及相邻支路提供的数据，并从所述音频输入数据中滤除相邻支路数据；或者第i支路接收相邻支路提供的数据，并从中滤除相邻支路对应的频段；i为不大于N的正整数。
本发明实施例所述多段动态范围控制电路通过N个动态范围控制支路11实现对音频输入数据Din的多段动态范围控制，电路结构简单，计算量小。通过设置所述动态范围控制支路11的数量以及各个支路中实现方式，可以实现对音频输入数据Din更加灵活的多段动态范围控制，适用性更广。
本发明实施例中，第1支路至第N支路均通过各自单独的动态范围控制模块对所对应的频段单独进行增益处理；第j支路所对应的动态范围控制模块为第j动态范围控制模块，用于输出第j支路所对应的第j输出数据Doutj，j为不大于N的正整数。也就是说，第1支路至第N支路中通过独立的动态范围控制模块依次输出第1输出数据Dout1至第N输出数据DoutN。
各个动态范围控制支路11具有独立的动态范围控制模块，所述动态范围控制模块用于对所属支路所对应的频段数据进行增益处理，形成输出数据，基于所述输出数据，设置压缩时间和释放时间。实现各个动态范围控制支路11对所对应频段数据的独立的动态范围控制。所述动态范围控制模块包括单独的增益生成器和增益平滑处理模块，所述增益生成器用于根据输入数据，调整对应增益，所述增益平滑处理模块用于处理所述增益生成器的输出增益，设置压缩时间和释放时间，所述增益生成器可以为限制器、压缩器、扩展器和噪声去除效果器中的任一种。所述动态范围控制模块通过设定的电路结构或是乘法器能够将输出增益与音频输入数据相乘，得到所在动态范围控制支路的输出数据。因此，每个动态范围控制支路11可以通过独立的动态范围控制模块进行动态范围控制，可以单独设置压缩时间和释放时间。各个动态范围控制支路11对音频输入数据Din分频段进行动态范围控制，实现了在数字音频处理领域中较好的分频段调整增益的功能，在听感上无相位错乱的听感，且声音的大小不受支路中用于分频的滤波器的幅度响应影响。
本发明实施例中，所述输出模块12用于计算所有所述动态范围控制支路11输出数据的和值，将该和值作为所述目标数据。具体的，所述输出模块为加法器。
本发明实施例中，N个所述动态范围控制支路11基于第1频点Fc1至第N-1频点FcN-1将所述音频输入数据分为第1频段Din1至第N频段DinN，第1频点Fc1至第N-1频点FcN-1依次增大。通过缓冲器与滤波器组成的多段动态范围控制电路，至多采用N-1个滤波器器即可确定第1频点Fc1至第N-1频点FcN-1，从而将所述音频输入数据Din分为N个不同的频段，所采用的滤波器数量小，计算量小。
通过N-1个频点将音频输入数据Din分为N个频段后，再通过加法器实现各个频段时域叠加，获得最终目标数据Dout的相位和初始音频输入数据Din的相位保持一致。输出的目标数据Dout幅度不受电路中分频滤波器的幅度调制。
本发明实施例中，第1支路中具有第1低通滤波器LPF1，第1低通滤波器LPF1的截止频率为第1频点Fc1，用于确定第1频段为不大于第1频点Fc1的频率范围。第2支路至第N-1支路依次具有第2低通滤波器LPF2至第N-1低通滤波器LPFN-1，第2低通滤波器LPF2至第N-1低通滤波器LPFN-1的截止频率依次为第2频点Fc2至第N-1频点FcN-1。第m支路通过第1支路至第m-1支路中的各个低通滤波器，以及通过本支路的第m低通滤波器，筛选出所述音频输入数据中频率介于第m-1频点Fcm-1和第m频点Fcm的之间部分，作为第m频段；m为大于1，且小于N的正整数。这样，在第1支路至第N-1支路中分别设置一个低通滤波器LPF，通过N-1个低通滤波器LPF即可以将所述音频输入数据Din分为N个不同的频段。
如图2所示，图2为本发明实施例提供的另一种多段动态范围控制电路的结构示意图，该方式中，N＝3，具有第1支路至第3支路，将音频输入数据Din分为第1频段Din1至第3频段Din3这三个频段。
第1支路具有依次连接的第1低通滤波器LPF1、第1缓冲器Buffer1和第1动态范围控制模块DRC1；第1低通滤波器LPF1输入所述音频输入数据Din，第1动态范围控制模块DRC1输出第1输出数据Dout1。第1低通滤波器LPF1的截止频率为第1频点Fc1，故基于输入的音频输出数据Din，其允许频率不超过第1频点Fc1的数据通过，从而使得第1支路中调控的第1频段Din1为音频输出数据Din中不超过第1频点Fc1的数据。
第2支路具有依次连接的第2缓冲器Buffer2、第2低通滤波器LPF2和第2动态范围控制模块DRC2；第2缓冲器输入所述音频输入数据Din，其输出信号减去第1低通滤波器LPF1的输出信号的差值作为第2低通滤波器LPF2的输入信号；第2动态范围控制模块DRC2输出第2输出数据Dout2。第2低通滤波器LPF2的截止频率为第2频点Fc2，其允许频率不超过第2频点Fc2的数据通过，其输入数据为音频输入数据Din减去第1频段的数据，故可以使得第2支路中调控的第2频段Din2为第1频点Fc1至第2频点Fc2的数据。
第3支路具有依次连接的第3缓冲器Buffer3和第3动态范围控制模块DRC3，第2缓冲器Buffer2的输出信号减去第1低通滤波器LPF1的输出信号的差值作为第3缓冲器Buffer3的输入信号，第3缓冲器Buffer3的输出信号减去第2低通滤波器LPF2的输出信号的差值作为第3动态范围控制模块DRC3的输入信号；第3动态范围控制模块DRC3输出第3输出数据Dout3。第3支路中第3缓冲器Buffer3输入为第2缓冲器Buffer2的输出信号减去第1低通滤波器LPF1的输出信号的差值，即第3缓冲器Buffer3输入为频率大于第1频点Fc1的数据，其输出减去第2低通滤波器LPF2的输出信号的差值为频率大于第2频点Fc2的数据，故第3支路中调控的第3频段为频率大于第2频点Fc2的数据。
在图2所示方式中，第2缓冲器Buffer2的延迟和第1低通滤波器LPF1的群延迟相同，以使得第1支路经过第1低通滤波器LPF1的信号和第2支路经过第2缓冲器Buffer2的信号有相同的延迟；第1缓冲器Buffer1以及第3缓冲器Buffer3的延迟和第2低通滤波器LPF2的群延迟相同，以使得第1支路、第2支路和第3支路的输出延迟相同，相位也完全一致，和原始的音频输入数Din的相位一致。
由图2所示可知，当N为3时，具有3个支路，可以通过两个低通滤波器将音频输入数据Din分为三个频段，所采用的滤波器数量少，电路结构简单，数据计算量少。
可见，图2所示方式中，可以通过2个频点将音频输入数据Din分成3个频段，该两个频点为第1频点Fc1和第2频点Fc2，第1频点Fc1小于第2频点Fc2。所述音频输入数据Din经过第1低通滤波器LPF1得到频率成分小于第1频点Fc1为主的低频信号(即第1频段)，高于第1频点Fc1的数据会被衰减。所述音频输入数据Din经过第2缓冲器Buffer2延迟和第1低通滤波器LPF1的输出信号相减，得到频率成分大于第1频点Fc1为主的高频信号。同理，将频率成分大于第1频点Fc1的高频信号经过第2低通滤波器LPF2，便可以得到频率成分大于第1频点Fc1，且小于第2频点Fc2为主的中间频率信号(即第2频段)。将频率成分大于第1频点Fc1为主的高频信号经过第3缓冲器Buffer3的延迟，与第2低通滤波器LPF2的输出信号相减，便可以得到频率成分高于第2频点Fc2的高频信号(即第3频段)。
可见，在图2所示方式能够将音频输入数据Din拆分为频率小于第1频点Fc1、第1频点Fc1至第2频点Fc2、和频率大于第2频点Fc2这三个频段，该三个频段分别通过第1动态范围控制模块DRC1至第3动态范围控制模块DRC3单独进行动态范围控制，最后将三个支路的输出数据求和获得目标数据Dout，实现了多段动态范围控制。
下面，对音频输入数据Din通过第2缓冲器Buffer2延迟和第1低通滤波器LPF1的输出信号相减，便可以获得频率成分高于第1频点Fc1为主的高频信号进行说明。
第1低通滤波器LPF1和第2低通滤波器LPF2为线性相位的FIR(Finite ImpulseResponse)滤波器。线性相位的FIR滤波器中，滤波器系数成奇对称(从中间对称的首尾系数为相反数，即绝对值相同，符号相反)或者偶对称(从中间对称的首尾系数相同)，线性相位的FIR滤波器的相位延迟等于FIR滤波器系数个数减1再除以2个点的采样点延迟(群延迟)。因此，只需将第2缓冲器Buffer2的延迟配成第1低通滤波器LPF1的系数个数减1再除以2个点的延迟，就能保证第2缓冲器Buffer2的输出数据和第1低通滤波器LPF1的输出数据相位一致。并且第2缓冲器Buffer2的输出信号和第1低通滤波器LPF1的输出信号与音频输入数据Din之间只有线性延迟，所以相位和音频输入数据Din的相位也是保持一致的(不会改变信号中不同频点信号之间的相位关系)。
如图3所示，图3为本发明实施例提供的一种线性相位的低通FIR滤波器的幅频响应图，横轴为频率Frequency，横纵为幅度Magnitude。截止频率Fc为800Hz。可见，在截止频率Fc位置衰减了6dB。小于频点Fc的频率，滤波器增益几乎都保持0dB，即保持输入输出信号的幅度相等。大于频点Fc的频率，滤波器的增益衰减得很明显，即将输入信号中频率大于频点Fc的信号大幅衰减。因为滤波器的幅频响应无法在过渡带突变，故在频点Fc附近有些许衰减。将音频输入数据Din经过该线性相位的低通FIR滤波器，便可以得到频率小于频点Fc为主的输出信号。
如图4所示，图4为线性相位的低通FIR滤波器的采样延迟图，其中，采样延迟又称群延迟。横轴为频率Frequency，横纵为样品的群延迟。所采用滤波器系数为201个，因此采样点延迟为100。对于图2采用第1低通滤波器LPF1和第2缓冲器Buffer2的电路结构，只需要保证第2缓冲器Buffer2的延迟点数和第1低通滤波器LPF1的群延迟一致，即可以保证第1低通滤波器LPF1和第2缓冲器Buffer2的输出信号相位一致，并且和输入信号系相位也保持一致。
第1低通滤波器LPF1和第2缓冲器Buffer2的输出信号相位一致，并且第2缓冲器Buffer2的输出信号各个频点幅度和输入信号一致，第1低通滤波器LPF1的输出信号中小于第1频点Fc1的信号幅度保持不变，大于第1频点Fc1的信号被严重衰减。因此，第2缓冲器Buffer2的输出信号和第1低通滤波器LPF1的输出信号相减，即可以得到大于第1频点Fc1的信号(和原始音频输入数据Din幅度一致)，低于第1频点Fc1的信号被严重衰减。等价于通过一个线性相位，截止频率也为第1频点Fc1的高通FIR滤波器。因此，通过图2所示方式中第1低通滤波器LPF1和第2缓冲器Buffer2的配合，便可以得到信号频率小于第1频点Fc1的信号频段和信号频率大于第1频点Fc1的信号频段。
同理，通过第2低通滤波器LPF2和第3缓冲器Buffer3便可以得到信号频率小于第2频点Fc2的频段和信号频率大于第2频点Fc2的频段。因为第2低通滤波器LPF2的输入信号为频率大于第1频点Fc1的信号频段，故图2所示方式中实现了将输入信号分为相位和输入信号一致，小于第1频点Fc1、第1频点Fc1至第2频点Fc2、和频率大于第2频点Fc2这三个频段的信号。其中，第1低通滤波器LPF1的输出信号也经过第3缓冲器Buffer3是为了保证三段信号的采样点延迟/群延迟一致。
N＝3时，基于图2所示方式，多段动态范围控制电路还可以变形为图5所示方式。
如图5所示，图5为本发明实施例体提供的又一种多段动态范围控制电路结构示意图，该方式中N＝3，同样具有三个支路。
第1支路具有依次连接的第1低通滤波器LPF1、第1缓冲器Buffer1和第1动态范围控制模块DRC1；第1低通滤波器LPF1输入所述音频输入数据Din，第1动态范围控制模块DRC1输出第1输出数据Dout1。
第2支路具有依次连接的第2缓冲器Buffer2、第3缓冲器Buffer3和第2动态范围控制模块DRC2；第2缓冲器Buffer2输入所述音频数据Din，其输出信号减去第1低通滤波器LPF1的输出信号的差值作为第3缓冲器Buffer3的输入信号；第2动态范围控制模块DRC2输出第2输出数据Dout2。
第3支路具有依次连接的高通滤波器HPF2和第3动态范围控制模块DRC3；第2缓冲器Buffer2的输出信号减去第1低通滤波器LPF1的输出信号的差值作为所述高通滤波器HPF2的输入信号；第3缓冲器Buffer3的输出信号减去所述高通滤波器HPF2的输出信号的差值作为第2动态范围控制模块DRC2的输入信号；第3动态范围控制模块DRC3输出第3输出数据Dout3。高通滤波器HPF2的截止频率为第2频点Fc2，允许频率大于第2频点Fc2的信号通过，并滤除频率小于第2频点Fc2的信号。
图5所示方式为图2所示方式的变形，将第2低通滤波器LPF2的分频功能通过一个相同截止频率的高通滤波器HPF2来实现。大于第1频点Fc1且小于第2频点Fc2的频段在第2支路中由第3缓冲器Buffer3的输出信号减去所述高通滤波器HPF2的输出信号获得。同理，第1低通滤波器LPF1也可以按照该方式通过相同截止频率的高通滤波器实现。
在图5所示方式中，第2缓冲器Buffer2的延迟和第1低通滤波器LPF1的群延迟相同，以使得第1支路经过第1低通滤波器LPF1的信号和第2支路经过第2缓冲器Buffer2的信号有相同的延迟；第1缓冲器Buffer1以及第3缓冲器Buffer3的延迟和高通滤波器HPF2的群延迟相同，以使得第1支路、第2支路和第3支路的输出延迟相同，相位也完全一致，和原始的音频输入数Din的相位一致。
图2所示方式中，也可以将第2低通滤波器LPF2置于第1低通滤波器LPF1之前，此时电路结构如图6所示。
如图6所示，图6为本发明实施例提供的又一种多段动态范围控制电路的结构示意图，该方式中，同样设置，N＝3，具有第1支路至第3支路，将音频输入数据Din分为第1频段Din1至第3频段Din3这三个频段。
第1支路具有依次连接的第1低通滤波器LPF1和第1动态范围控制模块DRC1；第1动态范围控制模块DRC1输出第1输出数据Dout1。
第2支路具有依次连接的第2低通滤波器LPF2、第1缓冲器Buffer1和第2动态范围控制模块DRC2；第2低通滤波器LPF2输入所述音频输入数据Din，其输出信号作为第1低通滤波器LPF1的输入信号；第1缓冲器Buffer1的输出信号减去第1低通滤波器LPF1的输出信号的差值作为第2动态范围控制模块DRC2的输入信号；第2动态范围控制模块DRC2输出第2输出数据Dout2。
第3支路具有依次连接的第2缓冲器Buffer2、第3缓冲器Buffer3和第3动态范围控制模块DRC3；第2缓冲器Buffer2输入所述音频输入数据Din，其输出信号减去第2低通滤波器LPF2的输出信号的差值作为第3缓冲器Buffer3的输入信号；第3动态范围控制模块DRC3输出第3输出数据Dout3。
在图6所示方式中，第2缓冲器Buffer2的延迟和第2低通滤波器LPF2的群延迟相同，以使得第2支路经过第2低通滤波器LPF2的信号和第3支路经过第2缓冲器Buffer2的信号延迟相同。第1缓冲器Buffer1和第3缓冲器Buffer3的第1低通滤波器LPF1的群延迟相同，以使得第1支路、第2支路和第3支路的输出延迟相同，相位也完全一致，和原始的音频输入数Din的相位一致。。
在图6所示方式中，第2缓冲器Buffer2的输出信号和第2低通滤波器LPF2的输出信号相减，可以得到大于第2频点Fc2的数据频段。第2低通滤波器LPF2的输出信号经过第1低通滤波器LPF1得到小于第1频点Fc1的数据频段，第1缓冲器Buffer1的输出信号和第1低通滤波器LPF1的输出信号相减得到大于第1频点Fc1且小于第2频点Fc2的数据频段。
在图2、图5和图6所示方式中，均可以通过3个支路、两个滤波器和两个频点将音频输入数据Din分为三个频段。基于图2、图5和图6所示实施例的实现原理，可以任意改变滤波器的位置，也可以进行高通滤波器HPF和低通滤波器LPF的替换，进行排列组合，形成各种不同的电路变形，排列组合的变形结构随着所划分频段的增加，变形方案也越多，这些方式都属于本发明实施例技术方案的技术构思和保护范围。
基于本发明设计构思，可各个支路可以通过缓冲器和低通滤波器LPF实现各个频段的分割，也可以通过缓冲其和高通滤波器HPF实现各个频段的分割，还可以通过缓冲器、低通滤波器LPF和高通滤波器HPF实现各个频段的分割。
第N支路中具有第N-1高通滤波器，第N-1高通滤波器的截止频率为第N-1频点FcN-1；第2支路至第N-1支路依次具有第2高通滤波器至第N-1高通滤波器，第2高通滤波器至第N-1高通滤波器的截止频率依次为第2频点Fc2至第2频点FcN-1；第m支路通过第m+1支路至第N支路中的各个高通滤波器，以及通过本支路的第m高通滤波器，筛选出所述音频输入数据中频率介于第m-1频点Fcm-1和第m频点Fcm的之间部分，作为第m频段；m为大于1，且小于N的正整数。此时，通过第2高通滤波器至第N-1高通滤波器共计N-2个高通滤波器即可以实现N个频段的分割。
本发明实施例中支路数量N可以基于需求设定，不局限于本发明上述实施例所述方式，如还可以基于需求设定N为4，此时电路结构如图7所示。
如图7所示，图7为本发明实施例提供的又一种多段动态范围控制电路的结构示意图，该方式中，N＝4，具有第1支路至第4支路，将音频输入数据Din分为第1频段Din1至第4频段Din4这四个频段。
第1支路具有依次连接的第1低通滤波器LPF1、第1缓冲器Buffer1、第2缓冲器Buffer2和第1动态范围控制模块DRC1；第1低通滤波器LPF1输入所述音频输入数据Din，第1动态范围控制模块DRC1输出第1输出数据Dout1。
第2支路具有依次连接的第3缓冲器Buffer3、第2低通滤波器LPF2、第4缓冲器Buffer4和第2动态范围控制模块DRC2；第3缓冲器Buffer3输入所述音频输入数据Din，其输出信号减去第1低通滤波器LPF1的差值作为第2低通滤波器LPF2的输入信号；第2动态范围控制模块DRC2输出第2输出数据Dout2。
第3支路具有依次连接的第5缓冲器Buffer5、第3低通滤波器LPF3和第3动态范围控制模块DRC3；第3缓冲器Buffer3的输出信号减去第1低通滤波器LPF1的差值作为第5缓冲器Buffer5的输入信号；第5缓冲器Buffer5的输出信号减去第2低通滤波器LPF2的输出信号的差值作为第3低通滤波器LPF3的输入信号；第3动态范围控制模块DRC3输出第3输出数据Dout3。
第4支路具有依次连接的第6缓冲器Buffer6和第4动态范围控制模块DRC4；第5缓冲器Buffer5的输出信号减去第2低通滤波器LPF2的输出信号的差值作为第6缓冲器Buffer6的输入信号；第6缓冲器Buffer6的输出信号减去第3低通滤波器LPF3的输出信号作为第4动态范围控制模块DRC4的输入信号；第4动态范围控制模块DRC4输出第4输出数据Dout4。
图7所示方式中，第1缓冲器Buffer3的延迟和第1低通滤波器LPF1的群延迟相同，第1缓冲器Buffer1和第5缓冲器Buffer5的延迟和第2低通滤波器LPF2的群延迟相同，第2缓冲器Buffer2、第4缓冲器Buffer4和第6缓冲器Buffer6的延迟第3低通滤波器LPF3的群延迟相同。
在图7所示方式中，以N为4，将音频输入数据分为4个频段为例进行说明，如上述，N大于4的实现方式可以基于该原理依次类推。同样，可以通过改变滤波器的先后顺序，或将低通滤波器的分频效果通过高通滤波器来实现，均可以获得相同效果的多段动态范围控制电路。
通过上述描述可知，本发明实施例中所述多段动态范围控制电路结构简单，不改变原始音频输入数据Din的相位。各个频段可以单独进行动态范围控制，各个频段经过单独动态范围控制后的时域数据以及叠加后的目标数据Dout的相位和原始的音频输入数据Din保持一致，目标数据Dout的幅度不受电路中分频滤波器的幅度调制。
基于上述实施例，本发明另一实施例还提供了一种音频处理芯片，所述音频处理芯片包括：上述实施例所述的多段动态范围控制电路。
本发明实施例所述音频处理芯片具有上述实施例所述的多段动态范围控制电路，电路结构简单，不改变原始音频输入数据Din的相位。各个频段可以单独进行动态范围控制，各个频段经过单独动态范围控制后的时域数据以及叠加后的目标数据Dout的相位和原始的音频输入数据Din保持一致，目标数据Dout的幅度不受电路中分频滤波器的幅度调制。
本说明书中各个实施例采用递进、或并列、或递进和并列结合的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的音频处理芯片而言，由于其与实施例公开的多段动态范围控制电路相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见多段动态范围控制电路部分说明即可。
需要说明的是，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (13)

1.一种多段动态范围控制电路，其特征在于，所述多段动态范围控制电路包括：
N个互联的动态范围控制支路，N个所述动态范围控制支路用于分别对音频输入数据中的一个不同频段进行调控，以输出对应的输出数据；N为大于1的正整数；
输出模块，所述输出模块用于基于各个所述动态范围控制支路的输出数据，输出经过多段动态范围调控后的目标数据；
其中，N个所述动态范围控制支路依次为第1支路至第N支路，分别调控第1频段至第N频段；第i支路直接从所述音频输入数据中筛选出第i频段；或者第i支路接收所述音频输入数据以及相邻支路提供的数据，并从所述音频输入数据中滤除相邻支路数据；或者第i支路接收相邻支路提供的数据，并从中滤除相邻支路对应的频段；i为不大于N的正整数。
2.根据权利要求1所述的多段动态范围控制电路，其特征在于，第1支路至第N支路均通过各自单独的动态范围控制模块对所对应的频段单独进行增益处理。
3.根据权利要求1所述的多段动态范围控制电路，其特征在于，所述输出模块用于计算所有所述动态范围控制支路输出数据的和值，将该和值作为所述目标数据。
4.根据权利要求3所述的多段动态范围控制电路，其特征在于，所述输出模块为加法器。
5.根据权利要求1所述的多段动态范围控制电路，其特征在于，N个所述动态范围控制支路基于第1频点Fc1至第N-1频点FcN-1将所述音频输入数据分为第1频段至第N频段，第1频点Fc1至第N-1频点FcN-1依次增大。
6.根据权利要求5所述的多段动态范围控制电路，其特征在于，第1支路中具有第1低通滤波器，第1低通滤波器的截止频率为第1频点Fc1，用于确定第1频段为不大于第1频点Fc1的频率范围。
7.根据权利要求6所述的多段动态范围控制电路，其特征在于，第2支路至第N-1支路依次具有第2低通滤波器至第N-1低通滤波器，第2低通滤波器至第N-1低通滤波器的截止频率依次为第2频点Fc2至第N-1频点FcN-1；
第m支路通过第1支路至第m-1支路中的各个低通滤波器，以及通过本支路的第m低通滤波器，筛选出所述音频输入数据中频率介于第m-1频点Fcm-1和第m频点Fcm的之间部分，作为第m频段；m为大于1，且小于N的正整数。
8.根据权利要求5所述的多段动态范围控制电路，其特征在于，
第N支路中具有第N-1高通滤波器，第N-1高通滤波器的截止频率为第N-1频点FcN-1；
第2支路至第N-1支路依次具有第2高通滤波器至第N-1高通滤波器，第2高通滤波器至第N-1高通滤波器的截止频率依次为第2频点Fc2至第2频点FcN-1；
第m支路通过第m+1支路至第N支路中的各个高通滤波器，以及通过本支路的第m高通滤波器，筛选出所述音频输入数据中频率介于第m-1频点Fcm-1和第m频点Fcm的之间部分，作为第m频段；m为大于1，且小于N的正整数。
9.根据权利要求7所述的多段动态范围控制电路，其特征在于，N＝3；
第1支路具有依次连接的第1低通滤波器、第1缓冲器和第1动态范围控制模块；第1低通滤波器输入所述音频输入数据，第1动态范围控制模块输出第1输出数据；
第2支路具有依次连接的第2缓冲器、第2低通滤波器和第2动态范围控制模块；第2缓冲器输入所述音频输入数据，其输出信号减去第1低通滤波器的输出信号的差值作为第2低通滤波器的输入信号；第2动态范围控制模块输出第2输出数据；
第3支路具有依次连接的第3缓冲器和第3动态范围控制模块，第2缓冲器的输出信号减去第1低通滤波器的输出信号的差值作为第3缓冲器的输入信号，第3缓冲器的输出信号减去第2低通滤波器的输出信号的差值作为第3动态范围控制模块的输入信号，第3动态范围控制模块输出第3输出数据。
10.根据权利要求7所述的多段动态范围控制电路，其特征在于，N＝3；
第1支路具有依次连接的第1低通滤波器和第1动态范围控制模块；第1动态范围控制模块输出第1输出数据；
第2支路具有依次连接的第2低通滤波器、第1缓冲器和第2动态范围控制模块；第2低通滤波器输入所述音频输入数据，其输出信号作为第1低通滤波器的输入信号；第1缓冲器的输出信号减去第1低通滤波器的输出信号的差值作为第2动态范围控制模块的输入信号；第2动态范围控制模块输出第2输出数据；
第3支路具有依次连接的第2缓冲器、第3缓冲器和第3动态范围控制模块；第2缓冲器输入所述音频输入数据，其输出信号减去第2低通滤波器的输出信号的差值作为第3缓冲器的输入信号；第3动态范围控制模块输出第3输出数据。
11.根据权利要求7所述的多段动态范围控制电路，其特征在于，N＝4；
第1支路具有依次连接的第1低通滤波器、第1缓冲器、第2缓冲器和第1动态范围控制模块；第1低通滤波器输入所述音频输入数据，第1动态范围控制模块输出第1输出数据；
第2支路具有依次连接的第3缓冲器、第2低通滤波器、第4缓冲器和第2动态范围控制模块；第3缓冲器输入所述音频输入数据，其输出信号减去第1低通滤波器的差值作为第2低通滤波器的输入信号；第2动态范围控制模块输出第2输出数据；
第3支路具有依次连接的第5缓冲器、第3低通滤波器和第3动态范围控制模块；第3缓冲器的输出信号减去第1低通滤波器的差值作为第5缓冲器的输入信号；第5缓冲器的输出信号减去第2低通滤波器的输出信号的差值作为第3低通滤波器的输入信号；第3动态范围控制模块输出第3输出数据；
第4支路具有依次连接的第6缓冲器和第4动态范围控制模块；第5缓冲器的输出信号减去第2低通滤波器的输出信号的差值作为第6缓冲器的输入信号；第6缓冲器的输出信号减去第3低通滤波器的输出信号作为第4动态范围控制模块的输入信号；第4动态范围控制模块输出第4输出数据。
12.根据权利要求6所述的多段动态范围控制电路，其特征在于，N＝3；
第1支路具有依次连接的第1低通滤波器、第1缓冲器和第1动态范围控制模块；第1低通滤波器输入所述音频输入数据，第1动态范围控制模块输出第1输出数据；
第2支路具有依次连接的第2缓冲器、第3缓冲器和第2动态范围控制模块；第2缓冲器输入所述音频数据，其输出信号减去第1低通滤波器的输出信号的差值作为第3缓冲器的输入信号；第2动态范围控制模块输出第2输出数据；
第3支路具有依次连接的高通滤波器和第3动态范围控制模块；第2缓冲器的输出信号减去第1低通滤波器的输出信号的差值作为所述高通滤波器的输入信号；第3缓冲器的输出信号减去所述高通滤波器的输出信号的差值作为第2动态范围控制模块的输入信号；第3动态范围控制模块输出第3输出数据。
13.一种音频处理芯片，其特征在于，包括：
如权利要求1-12任一项所述的多段动态范围控制电路。
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