CN115987236A - 一种音频信号处理系统及音频动态范围控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种音频信号处理系统，包括：最大动态输出控制模块、额定动态输出控制模块、阈值比较模块、交互控制模块和多个可变增益放大器；多个所述可变增益放大器依次串联；音频输入信号通过所述可变增益放大器输出音频输出信号；所述阈值比较模块对所述音频输出信号进行检测，并将检测结果传送至所述最大动态输出控制模块、额定动态输出控制模块和交互控制模块；所述最大动态输出控制模块控制一个可变增益放大器；所述额定动态输出控制模块控制另一个可变增益放大器；所述交互控制模块对最大动态输出控制模块和额定动态输出控制模块进行控制。本发明采用两套独立的输出控制模块，可以灵活配置参数，解决响度变小，中低频衰减严重的问题。

Description

一种音频信号处理系统及音频动态范围控制方法

技术领域

本发明涉及音频信号领域，特别是涉及一种音频信号处理系统及音频动态范围控制方法。

背景技术

声音是一种动态范围很大的信号，人耳听感的范围可达120dB，但是扩音设备受限于本身的底噪、机械灵敏度、机械极限、供电电压等因素，很难重现这么大范围的音频信号。太小的声音会被背景噪声淹没或者由于机械灵敏度不足而无法播放；太大的声音由于超出最大供电电压或者超出喇叭的位移极限而无法输出；受限于功放的散热能力、喇叭的额定功率，扩音系统也无法长时间超过系统的额定输出限制。为了既可以听到小的声音，又可以播放大的声音，同时保护扩音系统不超过其额定输出限制，在音频信号处理中经常会引入压缩扩展限幅器。压缩扩展限幅器通过提高小信号的增益得以播放小的声音（扩展），通过压缩大信号的增益得以播放大的声音（压缩），通过限制输出幅度得以保护喇叭和功放（限幅）。当扩音系统的动态范围较小时，如便携式设备、小型桌面设备，就不需要增加压缩区域了。这些功能的目的都是调节音频信号的动态范围，使之适应特定的扩音器应用，都属于动态范围控制DRC（Dynamic Range Ctrl）的范畴。

如图1、图2a和图2b所示，传统的控制方式只有一个可变增益放大器，无法对不同的阈值选择区分，比如最大输出限制阈值的控制，需要快速将增益衰减，避免杂音和损伤发生；额定输出限制阈值的控制，增益衰减的速度要慢一些，防止信号压缩太快，特别是中低频信号衰减严重。由于只有一个可变增益放大器，当出现一个超过最大输出限制阈值的信号后，增益就会快速衰减，即使信号很快变小，也无法快速恢复增益（由于只有一个释放时间，释放时间需要大于启动时间10倍以上），响度较小，中低频的音频信号衰减比较严重。为了进一步减小杂音的产生，采用小信号增益调整的方式，这样会使上诉问题更加严重，最大输出限制阈值的控制希望快速及时的响应，一出现就立刻衰减增益，当增益只能在小信号时进行调整，在整个大信号期间会累计过量的增益衰减，使得中低频的音频信号衰减更加严重。

发明内容

本发明的目的在于提出一种音频信号处理系统及音频动态范围控制方法，可以灵活配置参数，解决响度变小，中低频衰减严重的问题。

为实现上述目的，本发明一方面提供一种音频信号处理系统，包括：

最大动态输出控制模块、额定动态输出控制模块、阈值比较模块、交互控制模块和多个可变增益放大器；

多个所述可变增益放大器均依次串联；音频输入信号通过所述可变增益放大器放大后输出音频输出信号；

所述阈值比较模块对所述音频输出信号进行检测，并将检测结果分别传送至所述最大动态输出控制模块、额定动态输出控制模块以及所述交互控制模块；

所述最大动态输出控制模块根据检测结果控制一个可变增益放大器的参数变化；

所述额定动态输出控制模块根据检测结果控制另一个可变增益放大器的参数变化；

所述交互控制模块对所述最大动态输出控制模块和额定动态输出控制模块的指标进行综合控制。

进一步的，所述阈值比较模块对所述音频输出信号进行检测的参数包括：最大输出限制比较、额定输出限制比较、压缩输出限制比较、小信号输出比较、温度检测和振幅检测中至少一个。

进一步的，所述最大动态输出控制模块控制所述可变增益放大器的增益变化参数、最大输出启动时序和最大输出释放时序；所述额定动态输出控制模块控制所述可变增益放大器的增益变化参数、额定输出启动时序和额定输出释放时序。

进一步的，所述交互控制模块对所述最大动态输出控制模块和额定动态输出控制模块的启动时序、释放时序和最大衰减能力指标进行综合控制。

本发明一方面提出一种音频动态范围控制方法，采用上述任一项所述的音频信号处理系统，所述方法包括步骤：

阈值比较模块对音频输出信号进行检测，当音频输出信号大于最大输出启动阈值时，最大动态输出控制模块启动增益压缩，衰减增益或最大动态输出控制模块和额定动态输出控制模块共同启动增益压缩，衰减各自的增益；当总增益达到最大衰减时，停止衰减增益；

当音频输出信号大于最大输出释放阈值但小于最大输出启动阈值时，额定动态输出控制模块启动增益压缩，当总增益达到最大衰减时，停止衰减增益；

当音频输出信号大于额定输出启动阈值但小于最大输出释放阈值时，仅额定动态输出控制模块启动增益压缩或最大动态输出控制模块释放增益，额定动态输出控制模块启动增益压缩；当总增益达到最大衰减时，停止衰减增益；

当音频输出信号大于额定输出释放阈值但小于额定输出启动阈值时，最大动态输出控制模块释放增益或无动作。

在所述的音频动态范围控制方法中，所述方法还包括步骤：

当音频输出信号小于额定输出释放阈值时，最大动态输出控制模块释放增益，当最大动态输出控制模块的增益释放完毕后，额定动态输出控制模块开始释放增益。

在所述的音频动态范围控制方法中，所述方法还包括步骤：

当音频输出信号小于小信号输出阈值时，额定动态输出控制模块控制的可变增益放大器根据额定动态输出控制模块的增益发生改变，否则额定动态输出控制模块控制的可变增益放大器增益不改变。

在本发明的另一方面，还提出了另一种音频动态范围控制方法，采用如上文所述的音频信号处理系统，当最大动态输出控制模块的启动阈值和释放阈值相同时，所述方法包括步骤：

阈值比较模块对音频输出信号进行检测，当音频输出信号大于最大输出启动阈值时，最大动态输出控制模块启动增益压缩，衰减增益或最大动态输出控制模块、额定动态输出控制模块共同启动增益压缩，衰减各自的增益；当总增益达到最大衰减时，停止衰减增益；

当音频输出信号大于额定输出启动阈值但小于最大输出启动阈值时，仅额定动态输出控制模块启动增益压缩或最大动态输出控制模块开始释放增益，额定动态输出控制模块启动增益压缩；当总增益达到最大衰减时，停止衰减增益；

当音频输出信号大于额定输出释放阈值但小于额定输出启动阈值时，最大动态输出控制模块释放增益或无动作。

在所述的音频动态范围控制方法中，所述方法还包括步骤：

当音频输出信号小于额定输出释放阈值时，最大动态输出控制模块释放增益，当最大动态输出控制模块的增益释放完毕后，额定动态输出控制模块开始释放增益。

在所述的音频动态范围控制方法中，所述方法还包括步骤：

当音频输出信号小于小信号输出阈值时，额定动态输出控制模块控制的可变增益放大器根据额定动态输出控制模块的增益发生改变，否则额定动态输出控制模块控制的可变增益放大器增益不改变。

相比于现有技术，本发明至少具有以下有益效果：

通过采用两套完全独立控制的动态输出控制模块，可以单独设置每个可变增益放大器的增益变化参数、启动时间、释放时间等指标，两个输出控制模块与交互控制模块进行信息交互，交互控制模块对两个输出控制模块的启动时序、释放时序、最大衰减能力等指标进行综合控制，从而可以灵活配置参数，解决响度变小，中低频衰减严重的问题。

附图说明

图1为现有技术中的音频信号处理系统的结构示意图；

图2a和图2b为现有技术中的控制结果仿真示意图；

图3为本发明实施例一中音频信号处理系统的原理结构示意图；

图4为本发明实施例一中音频信号处理系统的结构方框图；

图5为本发明实施例一中音频信号阈值关系示意图；

图6为本发明实施例二中音频动态范围控制方法的控制流程图；

图7为本发明实施例二中还存在检测小信号输出阈值时的控制流程图；

图8为本发明实施例二中最大输出限制的启动阈值和释放阈值设置相同时的控制流程图；

图9为本发明实施例三中音频动态范围控制方法的控制流程图；

图10为本发明实施例三中还存在检测小信号输出阈值时的控制流程图；

图11为本发明实施例三中最大输出限制的启动阈值和释放阈值设置相同时的控制流程图；

图12a和图12b为实施例二和实施例三中音频动态范围控制结果仿真示意图；

图13为本发明实施例四中音频动态范围控制方法的控制流程图；

图14为本发明实施例四中还存在检测小信号输出阈值时的控制流程图；

图15为本发明实施例四中最大输出限制的启动阈值和释放阈值设置相同时的控制流程图；

图16为本发明实施例五中音频动态范围控制方法的控制流程图；

图17为本发明实施例五中还存在检测小信号输出阈值时的控制流程图；

图18为本发明实施例五中最大输出限制的启动阈值和释放阈值设置相同时的控制流程图；

图19a和图19b为实施例四和实施例五中音频动态范围控制结果仿真示意图；

图20为本发明实施例六中音频动态范围控制方法的控制流程图；

图21为本发明实施例六中还存在检测小信号输出阈值时的控制流程图；

图22为本发明实施例六中最大输出限制的启动阈值和释放阈值设置相同时的控制流程图；

图23为本发明实施例七中音频动态范围控制方法的控制流程图；

图24为本发明实施例七中还存在检测小信号输出阈值时的控制流程图；

图25为本发明实施例七中最大输出限制的启动阈值和释放阈值设置相同时的控制流程图；

图26a和图26b为实施例六和实施例七中音频动态范围控制结果仿真示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的一种音频信号处理系统及音频动态范围控制方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

需指明的是，本发明在电路架构上有多种实现方式，可以有单放大器、双放大器、多放大器等多种实现方式。为了方便介绍，以下列举几个实施例以进行阐述，本领域技术人员可知晓的是，在其他实施例中，还可以采用单放大器、双放大器、多放大器等多种实现方式，在此不做一一赘述。

实施例一

在本实施例中提出了一种音频信号处理系统，请参考图3、图4和图5所示，包括：

最大动态输出控制模块、额定动态输出控制模块、阈值比较模块、交互控制模块和多个可变增益放大器；

多个所述可变增益放大器均依次串联；音频输入信号通过所述可变增益放大器放大后输出音频输出信号；

所述阈值比较模块对所述音频输出信号进行检测，并将检测结果分别传送至所述最大动态输出控制模块、额定动态输出控制模块以及所述交互控制模块；

所述最大动态输出控制模块根据检测结果控制一个可变增益放大器的参数变化；

所述额定动态输出控制模块根据检测结果控制另一个可变增益放大器的参数变化；

所述交互控制模块对所述最大动态输出控制模块和额定动态输出控制模块的指标进行综合控制。

在本实施例中，所述阈值比较模块对所述音频输出信号进行检测的参数包括：最大输出限制比较、额定输出限制比较、压缩输出限制比较、小信号输出比较、温度检测和振幅检测中至少一个。

其中，压缩输出限制和额定输出限制均是在额定动态输出控制模块中根据信号幅度的不同进行处理的，后续流程图将这里稍作简化，方便理解，只对额定输出限制作举例说明。

具体的，阈值比较模块是对所述音频输出信号进行检测的模块，可以有两个或多个比较检测结果对系统进行控制。如果对输出直接控制，可以检测输出幅度是否超过最大输出限制幅度，是否超过额定输出限制幅度；如果对温度检测，可以检测温度是否已经达到额定限制温度，是否已经达到最高限制温度；如果对振膜振幅进行限制，可以检测振膜振幅是否达到了额定限制幅度，是否达到了最大限制幅度。阈值比较模块都是对同一个信号进行阈值检测，得到检测结果后，传输至最大动态输出控制模块、额定动态输出控制模块和交互控制模块进行处理。

在本实施例中，所述最大动态输出控制模块控制一个可变增益放大器的增益变化参数、最大输出启动时序和最大输出释放时序；所述额定动态输出控制模块控制另一个可变增益放大器的增益变化参数、额定输出启动时序和额定输出释放时序。

具体的，最大动态输出控制模块和额定动态输出控制模块分别独立调整可变增益放大器的输入电阻和反馈电阻，以达到调整增益的目的。

其中，所述交互控制模块对所述最大动态输出控制模块和额定动态输出控制模块的启动时序、释放时序和最大衰减能力指标进行综合控制。

本实施例提出的音频信号处理系统，通过采用两套完全独立控制的动态输出控制模块，且动态输出控制模块可以单独设置每个可变增益放大器的增益变化参数、启动时间、释放时间等指标，两个输出控制模块与交互控制模块进行信息交互，交互控制模块对两个输出控制模块的启动时序、释放时序、最大衰减能力等指标进行综合控制，从而可以灵活配置参数，解决响度变小，中低频衰减严重的问题。

此外，本实施例采用两套完全独立的动态输出控制模块，可以避免采用两级串行的动态输出控制模块方式引起泵吸声和喘息声等问题。具体的，两组完全独立的动态输出控制模块控制，可以针对不同的控制阈值灵活选取动态输出控制模块参数。若采用两级串行的动态输出控制模块方式，一旦参数设置不好，两组两级串行的动态输出控制模块很容易引起泵吸声和喘息声等问题，只有当两级串行的动态输出控制模块的参数差别很大时，如启动时间相差10倍以上，释放时间比启动时间大10倍以上，增益步进较小，最大衰减幅度不太大时才不太容易出上述问题，两级串行方式在应用中限制较多。而采用本实施例两组独立控制的方案应用上无太多限制，也不会产生泵吸声和喘息声的问题。

实施例二

在本实施例中提供了一种音频动态范围控制方法，采用了如实施例一中所述的音频信号处理系统。其中，为了方便介绍，请参考图5，图5中显示出最大输出启动阈值Vatk1、最大输出释放阈值Vrel1、额定输出启动阈值Vatk2、额定输出释放阈值Vrel2以及小信号检测阈值Vssig的关系。

请参考图6，动态输出控制模块简称为DRC。所述音频动态范围控制方法包括步骤：

阈值比较模块对音频输出信号Vout进行检测，当音频输出信号Vout大于最大输出启动阈值Vatk1时，最大动态输出控制模块DRC1、额定动态输出控制模块DRC2都开始启动增益压缩，衰减各自的增益，当总增益达到最大衰减后，不再衰减增益；

当音频输出信号Vout大于最大输出释放阈值Vrel1小于最大输出启动阈值Vatk1时，额定动态输出控制模块DRC2启动增益压缩，当总增益达到最大衰减后，不再衰减增益；

当音频输出信号Vout大于额定输出启动阈值Vatk2小于最大输出释放阈值Vrel1时，最大动态输出控制模块DRC1开始释放增益，额定动态输出控制模块DRC2启动增益压缩，当总增益达到最大衰减后，不再衰减增益；

当音频输出信号Vout大于额定输出释放阈值Vrel2小于额定输出启动阈值Vatk2时，最大动态输出控制模块DRC1释放增益；

当音频输出信号Vout小于额定输出释放阈值Vrel2时，最大动态输出控制模块DRC1释放增益，当最大动态输出控制模块DRC1的增益释放完毕后，额定动态输出控制模块DRC2才可以开始释放增益。

在本实施例中，请参考图7所示，所述方法还包括步骤：当音频输出信号Vout小于小信号输出阈值时，额定动态输出控制模块DRC2控制的可变增益放大器根据额定动态输出控制模块DRC2的增益发生改变，否则额定动态输出控制模块DRC2控制的可变增益放大器增益不改变。

具体的，小信号输出阈值用于判断增益是否发生改变，只用于额定输出限制的增益变化，如果额定输出限制额定动态输出控制模块DRC2的增益步进很小，不会引起可听的增益突变杂音，可以不检测小信号输出阈值。

此外，额定输出限制设置分开的额定输出启动阈值Vatk2和额定输出释放阈值Vrel2是为了在额定功率处可以保持一个稳定的工作状态。在本实施例以外的其他实施例中，如果不需要保持稳定的工作状态，将启动阈值Vatk2和释放阈值Vrel2设置为相同的也可以。在最大输出限制处，由于波形最终并不稳定在这个幅度上，因此可以分别设定最大输出启动阈值Vatk1和最大输出释放阈值Vrel1，也可以将最大输出启动阈值Vatk1和最大输出释放阈值Vrel1设置相同。

在本实施例中，以最大输出启动阈值Vatk1和最大输出释放阈值Vrel1设置相同为例做介绍，即最大动态输出控制模块DRC1的最大输出启动阈值Vatk1和最大输出释放阈值Vrel1设置相同。具体的，请参考图8，音频动态范围控制方法包括步骤：

阈值比较模块对音频输出信号Vout进行检测，当音频输出信号Vout大于最大输出启动阈值Vatk1时，最大动态输出控制模块DRC1、额定动态输出控制模块DRC2都开始启动增益压缩，衰减各自的增益，当总增益达到最大衰减后，不再衰减增益；

当音频输出信号Vout大于额定输出启动阈值Vatk2小于最大输出启动阈值Vatk1时，最大动态输出控制模块DRC1开始释放增益，额定动态输出控制模块DRC2启动增益压缩，当总增益达到最大衰减后，不再衰减增益；

当音频输出信号Vout大于额定输出释放阈值Vrel2小于额定输出启动阈值Vatk2时，最大动态输出控制模块DRC1释放增益；

当音频输出信号Vout小于额定输出释放阈值Vrel2时，最大动态输出控制模块DRC1释放增益，当最大动态输出控制模块DRC1的增益释放完毕后，额定动态输出控制模块DRC2才开始释放增益；

当音频输出信号Vout小于小信号输出阈值时，额定动态输出控制模块DRC2控制的可变增益放大器根据额定动态输出控制模块DRC2的增益发生改变，否则额定动态输出控制模块DRC2控制的可变增益放大器增益不改变。

实施例三

在本实施例中提供的音频动态范围控制方法，采用了上述音频信号处理系统。其中，为了方便介绍，请参考图5，图5中显示出最大输出启动阈值Vatk1、最大输出释放阈值Vrel1、额定输出启动阈值Vatk2、额定输出释放阈值Vrel2以及小信号检测阈值Vssig的关系。

请参考图9，动态输出控制模块简称为DRC。所述音频动态范围控制方法包括步骤：

阈值比较模块对音频输出信号Vout进行检测，当音频输出信号Vout大于最大输出启动阈值Vatk1时，最大动态输出控制模块DRC1开始启动增益压缩，衰减增益，当总增益达到最大衰减后，不再衰减增益；

当音频输出信号Vout大于最大输出释放阈值Vrel1小于最大输出启动阈值Vatk1时，额定动态输出控制模块DRC2启动增益压缩，当总增益达到最大衰减后，不再衰减增益；

当音频输出信号Vout大于额定输出启动阈值Vatk2小于最大输出释放阈值Vrel1时，最大动态输出控制模块DRC1开始释放增益，额定动态输出控制模块DRC2启动增益压缩，当总增益达到最大衰减后，不再衰减增益；

当音频输出信号Vout大于额定输出释放阈值Vrel2小于额定输出启动阈值Vatk2时，最大动态输出控制模块DRC1释放增益；

当音频输出信号Vout小于额定输出释放阈值Vrel2时，最大动态输出控制模块DRC1释放增益，当最大动态输出控制模块DRC1的增益释放完毕后，额定动态输出控制模块DRC2才可以开始释放增益。

在本实施例中，请参考图10所示，所述方法还包括步骤：当音频输出信号Vout小于小信号输出阈值时，额定动态输出控制模块DRC2控制的可变增益放大器根据额定动态输出控制模块DRC2的增益发生改变，否则额定动态输出控制模块DRC2控制的可变增益放大器增益不改变。

具体的，小信号输出阈值用于判断增益是否发生改变，只用于额定输出限制的增益变化，如果额定输出限制额定动态输出控制模块DRC2的增益步进很小，不会引起可听的增益突变杂音，可以不检测小信号输出阈值。

此外，额定输出限制设置分开的额定输出启动阈值Vatk2和额定输出释放阈值Vrel2是为了在额定功率处可以保持一个稳定的工作状态。在最大输出限制处，由于波形最终并不稳定在这个幅度上，因此可以分别设定最大输出启动阈值Vatk1和最大输出释放阈值Vrel1，也可以将最大输出启动阈值Vatk1和最大输出释放阈值Vrel1设置相同。

在本实施例中，以最大输出启动阈值Vatk1和最大输出释放阈值Vrel1设置相同为例做介绍，即最大动态输出控制模块DRC1的最大输出启动阈值Vatk1和最大输出释放阈值Vrel1设置相同。具体的，请参考图11，音频动态范围控制方法包括步骤：

阈值比较模块对音频输出信号Vout进行检测，当音频输出信号Vout大于最大输出启动阈值Vatk1时，最大动态输出控制模块DRC1开始启动增益压缩，衰减增益，当总增益达到最大衰减后，不再衰减增益；

当音频输出信号Vout大于额定输出启动阈值Vatk2小于最大输出启动阈值Vatk1时，最大动态输出控制模块DRC1开始释放增益，额定动态输出控制模块DRC2启动增益压缩，当总增益达到最大衰减后，不再衰减增益；

当音频输出信号Vout大于额定输出释放阈值Vrel2小于额定输出启动阈值Vatk2时，最大动态输出控制模块DRC1释放增益；

当音频输出信号Vout小于额定输出释放阈值Vrel2时，最大动态输出控制模块DRC1释放增益，当最大动态输出控制模块DRC1的增益释放完毕后，额定动态输出控制模块DRC2才开始释放增益；

当音频输出信号Vout小于小信号输出阈值时，额定动态输出控制模块DRC2控制的可变增益放大器根据额定动态输出控制模块DRC2的增益发生改变，否则额定动态输出控制模块DRC2控制的可变增益放大器增益不改变。

请参考图12a和图12b，图12a和图12b为实施例二和实施例三中最大输出限制的启动阈值和释放阈值设置相同时提出的音频动态范围控制方法控制结果的仿真示意图，在出现较大信号时，最大输出限制检测到后，交互控制模块控制最大动态输出控制模块DRC1快速将截顶等严重失真快速消除。当输出信号降低到最大动态输出控制模块DRC1的最大输出启动阈值Vatk1后，最大动态输出控制模块DRC1的启动压缩不再起作用，增益衰减受额定动态输出控制模块DRC2控制，可以增大非截顶失真信号的大信号持续时间，延长音头，增大响度，中低频的效果明显改善。

此外，为了作为对比，请参考图2a和图2b，图2a和图2b为传统控制方式的控制结果仿真图，可以看到，在出现较大信号时，其增益快速衰减，响度小，中低频衰减严重。由于只有一个输出控制模块，参数也很难进行调整。

实施例四

具体的，在本实施例中提供的音频动态范围控制方法，采用了上述音频信号处理系统。其中，为了方便介绍，请参考图5，图5中显示出最大输出启动阈值Vatk1、最大输出释放阈值Vrel1、额定输出启动阈值Vatk2、额定输出释放阈值Vrel2以及小信号检测阈值Vssig的关系。

请参考图13，动态输出控制模块简称为DRC。所述音频动态范围控制方法包括步骤：

阈值比较模块对音频输出信号Vout进行检测，当音频输出信号Vout大于最大输出启动阈值Vatk1时，最大动态输出控制模块和额定动态输出控制模块启动增益压缩，衰减各自的增益，当总增益达到最大衰减时，停止衰减增益；

当音频输出信号Vout大于最大输出释放阈值Vrel1小于最大输出启动阈值Vatk1时，额定动态输出控制模块DRC2启动增益压缩，当总增益达到最大衰减后，不再衰减增益；

当音频输出信号Vout大于额定输出启动阈值Vatk2小于最大输出释放阈值Vrel1时，额定动态输出控制模块DRC2启动增益压缩，当总增益达到最大衰减后，不再衰减增益；

当音频输出信号Vout大于额定输出释放阈值Vrel2小于额定输出启动阈值Vatk2时，最大动态输出控制模块DRC1开始释放增益；

当音频输出信号Vout小于额定输出释放阈值Vrel2时，最大动态输出控制模块DRC1释放增益，当最大动态输出控制模块DRC1的增益释放完毕后，额定动态输出控制模块DRC2才可以开始释放增益。

在本实施例中，请参考图14所示，所述方法还包括步骤：当音频输出信号Vout小于小信号输出阈值时，额定动态输出控制模块DRC2控制的可变增益放大器根据额定动态输出控制模块DRC2的增益发生改变，否则额定动态输出控制模块DRC2控制的可变增益放大器增益不改变。

具体的，小信号输出阈值用于判断增益是否发生改变，只用于额定输出限制的增益变化，如果额定输出限制额定动态输出控制模块DRC2的增益步进很小，不会引起可听的增益突变杂音，可以不检测小信号输出阈值。

此外，额定输出限制设置分开的额定输出启动阈值Vatk2和额定输出释放阈值Vrel2是为了在额定功率处可以保持一个稳定的工作状态。在最大输出限制处，由于波形最终并不稳定在这个幅度上，因此可以分别设定最大输出启动阈值Vatk1和最大输出释放阈值Vrel1，也可以将最大输出启动阈值Vatk1和最大输出释放阈值Vrel1设置相同。

在本实施例中，以最大输出启动阈值Vatk1和最大输出释放阈值Vrel1设置相同为例做介绍，即最大动态输出控制模块DRC1的最大输出启动阈值Vatk1和最大输出释放阈值Vrel1设置相同。具体的，请参考图15，音频动态范围控制方法包括步骤：

阈值比较模块对音频输出信号Vout进行检测，当音频输出信号Vout大于最大输出启动阈值Vatk1时，最大动态输出控制模块和额定动态输出控制模块启动增益压缩，衰减各自的增益，当总增益达到最大衰减时，停止衰减增益；

当音频输出信号Vout大于额定输出启动阈值Vatk2小于最大输出启动阈值Vatk1时，额定动态输出控制模块DRC2启动增益压缩，当总增益达到最大衰减后，不再衰减增益；

当音频输出信号Vout大于额定输出释放阈值Vrel2小于额定输出启动阈值Vatk2时，最大动态输出控制模块DRC1开始释放增益；

当音频输出信号Vout小于额定输出释放阈值Vrel2时，最大动态输出控制模块DRC1释放增益，当最大动态输出控制模块DRC1的增益释放完毕后，额定动态输出控制模块DRC2才开始释放增益；

当音频输出信号Vout小于小信号输出阈值时，额定动态输出控制模块DRC2控制的可变增益放大器根据额定动态输出控制模块DRC2的增益发生改变，否则额定动态输出控制模块DRC2控制的可变增益放大器增益不改变。

实施例五

具体的，在本实施例中提供的音频动态范围控制方法，采用了上述音频信号处理系统。其中，为了方便介绍，请参考图5，图5中显示出最大输出启动阈值Vatk1、最大输出释放阈值Vrel1、额定输出启动阈值Vatk2、额定输出释放阈值Vrel2以及小信号检测阈值Vssig的关系。

请参考图16，动态输出控制模块简称为DRC。所述音频动态范围控制方法包括步骤：

阈值比较模块对音频输出信号Vout进行检测，当音频输出信号Vout大于最大输出启动阈值Vatk1时，最大动态输出控制模块DRC1开始启动增益压缩，衰减增益，当总增益达到最大衰减后，不再衰减增益；

当音频输出信号Vout大于最大输出释放阈值Vrel1小于最大输出启动阈值Vatk1时，额定动态输出控制模块DRC2启动增益压缩，当总增益达到最大衰减后，不再衰减增益；

当音频输出信号Vout大于额定输出启动阈值Vatk2小于最大输出释放阈值Vrel1时，额定动态输出控制模块DRC2启动增益压缩，当总增益达到最大衰减后，不再衰减增益；

当音频输出信号Vout大于额定输出释放阈值Vrel2小于额定输出启动阈值Vatk2时，最大动态输出控制模块DRC1开始释放增益；

当音频输出信号Vout小于额定输出释放阈值Vrel2时，最大动态输出控制模块DRC1释放增益，当最大动态输出控制模块DRC1的增益释放完毕后，额定动态输出控制模块DRC2才可以开始释放增益。

在本实施例中，请参考图17所示，所述方法还包括步骤：当音频输出信号Vout小于小信号输出阈值时，额定动态输出控制模块DRC2控制的可变增益放大器根据额定动态输出控制模块DRC2的增益发生改变，否则额定动态输出控制模块DRC2控制的可变增益放大器增益不改变。

具体的，小信号输出阈值用于判断增益是否发生改变，只用于额定输出限制的增益变化，如果额定输出限制额定动态输出控制模块DRC2的增益步进很小，不会引起可听的增益突变杂音，可以不检测小信号输出阈值。

此外，额定输出限制设置分开的额定输出启动阈值Vatk2和额定输出释放阈值Vrel2是为了在额定功率处可以保持一个稳定的工作状态。在最大输出限制处，由于波形最终并不稳定在这个幅度上，因此可以分别设定最大输出启动阈值Vatk1和最大输出释放阈值Vrel1，也可以将最大输出启动阈值Vatk1和最大输出释放阈值Vrel1设置相同。

在本实施例中，以最大输出启动阈值Vatk1和最大输出释放阈值Vrel1设置相同为例做介绍，即最大动态输出控制模块DRC1的最大输出启动阈值Vatk1和最大输出释放阈值Vrel1设置相同。具体的，请参考图18，音频动态范围控制方法包括步骤：

阈值比较模块对音频输出信号Vout进行检测，当音频输出信号Vout大于最大输出启动阈值Vatk1时，最大动态输出控制模块DRC1开始启动增益压缩，衰减增益，当总增益达到最大衰减后，不再衰减增益；

当音频输出信号Vout大于额定输出启动阈值Vatk2小于最大输出启动阈值Vatk1时，额定动态输出控制模块DRC2启动增益压缩，当总增益达到最大衰减后，不再衰减增益；

当音频输出信号Vout大于额定输出释放阈值Vrel2小于额定输出启动阈值Vatk2时，最大动态输出控制模块DRC1开始释放增益；

当音频输出信号Vout小于额定输出释放阈值Vrel2时，最大动态输出控制模块DRC1释放增益，当最大动态输出控制模块DRC1的增益释放完毕后，额定动态输出控制模块DRC2才开始释放增益；

当音频输出信号Vout小于小信号输出阈值时，额定动态输出控制模块DRC2控制的可变增益放大器根据额定动态输出控制模块DRC2的增益发生改变，否则额定动态输出控制模块DRC2控制的可变增益放大器增益不改变。

请参考图19a和图19b，图19a和图19b为实施例四和实施例五中最大输出限制的启动阈值和释放阈值设置相同时提出的音频动态范围控制方法控制结果的仿真示意图，在出现较大信号时，最大输出限制检测到后，交互控制模块控制最大动态输出控制模块DRC1快速将截顶等严重失真快速消除。当输出信号降低到最大动态输出控制模块DRC1的最大输出启动阈值Vatk1后，最大动态输出控制模块DRC1的启动压缩不再起作用，增益衰减受额定动态输出控制模块DRC2控制，可以增大非截顶失真信号的大信号持续时间，延长音头，增大响度，中低频的效果明显改善。

此外，为了作为对比，请参考图2a和图2b，图2a和图2b为传统控制方式的控制结果仿真图，可以看到，在出现较大信号时，其增益快速衰减，响度小，中低频衰减严重。由于只有一个输出控制模块，参数也很难进行调整。

实施例六

具体的，在本实施例中提供的音频动态范围控制方法，采用了上述音频信号处理系统。其中，为了方便介绍，请参考图5，图5中显示出最大输出启动阈值Vatk1、最大输出释放阈值Vrel1、额定输出启动阈值Vatk2、额定输出释放阈值Vrel2以及小信号检测阈值Vssig的关系。

请参考图20，动态输出控制模块简称为DRC。所述音频动态范围控制方法包括步骤：

阈值比较模块对音频输出信号Vout进行检测，当音频输出信号Vout大于最大输出启动阈值Vatk1时，最大动态输出控制模块和额定动态输出控制模块启动增益压缩，衰减各自的增益，当总增益达到最大衰减时，停止衰减增益；

当音频输出信号Vout大于最大输出释放阈值Vrel1小于最大输出启动阈值Vatk1时，额定动态输出控制模块DRC2启动增益压缩，当总增益达到最大衰减后，不再衰减增益；

当音频输出信号Vout大于额定输出启动阈值Vatk2小于最大输出释放阈值Vrel1时，额定动态输出控制模块DRC2启动增益压缩，当总增益达到最大衰减后，不再衰减增益；

当音频输出信号Vout大于额定输出释放阈值Vrel2小于额定输出启动阈值Vatk2时，无动作；

当音频输出信号Vout小于额定输出释放阈值Vrel2时，最大动态输出控制模块DRC1释放增益，当最大动态输出控制模块DRC1的增益释放完毕后，额定动态输出控制模块DRC2才可以开始释放增益。

在本实施例中，请参考图21所示，所述方法还包括步骤：当音频输出信号Vout小于小信号输出阈值时，额定动态输出控制模块DRC2控制的可变增益放大器根据额定动态输出控制模块DRC2的增益发生改变，否则额定动态输出控制模块DRC2控制的可变增益放大器增益不改变。

具体的，小信号输出阈值用于判断增益是否发生改变，只用于额定输出限制的增益变化，如果额定输出限制额定动态输出控制模块DRC2的增益步进很小，不会引起可听的增益突变杂音，可以不检测小信号输出阈值。

此外，额定输出限制设置分开的额定输出启动阈值Vatk2和额定输出释放阈值Vrel2是为了在额定功率处可以保持一个稳定的工作状态。在最大输出限制处，由于波形最终并不稳定在这个幅度上，因此可以分别设定最大输出启动阈值Vatk1和最大输出释放阈值Vrel1，也可以将最大输出启动阈值Vatk1和最大输出释放阈值Vrel1设置相同。

在本实施例中，以最大输出启动阈值Vatk1和最大输出释放阈值Vrel1设置相同为例做介绍，即最大动态输出控制模块DRC1的最大输出启动阈值Vatk1和最大输出释放阈值Vrel1设置相同。具体的，请参考图22，音频动态范围控制方法包括步骤：

阈值比较模块对音频输出信号Vout进行检测，当音频输出信号Vout大于最大输出启动阈值Vatk1时，最大动态输出控制模块和额定动态输出控制模块启动增益压缩，衰减各自的增益，当总增益达到最大衰减时，停止衰减增益；

当音频输出信号Vout大于额定输出启动阈值Vatk2小于最大输出启动阈值Vatk1时，额定动态输出控制模块DRC2启动增益压缩，当总增益达到最大衰减后，不再衰减增益；

当音频输出信号Vout大于额定输出释放阈值Vrel2小于额定输出启动阈值Vatk2时，无动作；

当音频输出信号Vout小于额定输出释放阈值Vrel2时，最大动态输出控制模块DRC1释放增益，当最大动态输出控制模块DRC1的增益释放完毕后，额定动态输出控制模块DRC2才开始释放增益；

当音频输出信号Vout小于小信号输出阈值时，额定动态输出控制模块DRC2控制的可变增益放大器根据额定动态输出控制模块DRC2的增益发生改变，否则额定动态输出控制模块DRC2控制的可变增益放大器增益不改变。

实施例七

具体的，在本实施例中提供的音频动态范围控制方法，采用了上述音频信号处理系统。其中，为了方便介绍，请参考图5，图5中显示出最大输出启动阈值Vatk1、最大输出释放阈值Vrel1、额定输出启动阈值Vatk2、额定输出释放阈值Vrel2以及小信号检测阈值Vssig的关系。

请参考图23，动态输出控制模块简称为DRC。所述音频动态范围控制方法包括步骤：

阈值比较模块对音频输出信号Vout进行检测，当音频输出信号Vout大于最大输出启动阈值Vatk1时，最大动态输出控制模块DRC1开始启动增益压缩，衰减增益，当总增益达到最大衰减后，不再衰减增益；

当音频输出信号Vout大于最大输出释放阈值Vrel1小于最大输出启动阈值Vatk1时，额定动态输出控制模块DRC2启动增益压缩，当总增益达到最大衰减后，不再衰减增益；

当音频输出信号Vout大于额定输出启动阈值Vatk2小于最大输出释放阈值Vrel1时，最大动态输出控制模块DRC1开始释放增益，额定动态输出控制模块DRC2启动增益压缩，当总增益达到最大衰减后，不再衰减增益；

当音频输出信号Vout大于额定输出释放阈值Vrel2小于额定输出启动阈值Vatk2时，无动作；

当音频输出信号Vout小于额定输出释放阈值Vrel2时，最大动态输出控制模块DRC1释放增益，当最大动态输出控制模块DRC1的增益释放完毕后，额定动态输出控制模块DRC2才可以开始释放增益。

在本实施例中，请参考图24所示，所述方法还包括步骤：当音频输出信号Vout小于小信号输出阈值时，额定动态输出控制模块DRC2控制的可变增益放大器根据额定动态输出控制模块DRC2的增益发生改变，否则额定动态输出控制模块DRC2控制的可变增益放大器增益不改变。

具体的，小信号输出阈值用于判断增益是否发生改变，只用于额定输出限制的增益变化，如果额定输出限制额定动态输出控制模块DRC2的增益步进很小，不会引起可听的增益突变杂音，可以不检测小信号输出阈值。

此外，额定输出限制设置分开的额定输出启动阈值Vatk2和额定输出释放阈值Vrel2是为了在额定功率处可以保持一个稳定的工作状态。在最大输出限制处，由于波形最终并不稳定在这个幅度上，因此可以分别设定最大输出启动阈值Vatk1和最大输出释放阈值Vrel1，也可以将最大输出启动阈值Vatk1和最大输出释放阈值Vrel1设置相同。

在本实施例中，以最大输出启动阈值Vatk1和最大输出释放阈值Vrel1设置相同为例做介绍，即最大动态输出控制模块DRC1的最大输出启动阈值Vatk1和最大输出释放阈值Vrel1设置相同。具体的，请参考图25，音频动态范围控制方法包括步骤：

阈值比较模块对音频输出信号Vout进行检测，当音频输出信号Vout大于最大输出启动阈值Vatk1时，最大动态输出控制模块DRC1开始启动增益压缩，衰减增益，当总增益达到最大衰减后，不再衰减增益；

当音频输出信号Vout大于额定输出启动阈值Vatk2小于最大输出启动阈值Vatk1时，最大动态输出控制模块DRC1开始释放增益，额定动态输出控制模块DRC2启动增益压缩，当总增益达到最大衰减后，不再衰减增益；

当音频输出信号Vout大于额定输出释放阈值Vrel2小于额定输出启动阈值Vatk2时，无动作；

当音频输出信号Vout小于额定输出释放阈值Vrel2时，最大动态输出控制模块DRC1释放增益，当最大动态输出控制模块DRC1的增益释放完毕后，额定动态输出控制模块DRC2才开始释放增益；

当音频输出信号Vout小于小信号输出阈值时，额定动态输出控制模块DRC2控制的可变增益放大器根据额定动态输出控制模块DRC2的增益发生改变，否则额定动态输出控制模块DRC2控制的可变增益放大器增益不改变。

请参考图26a和图26b，图26a和图26b为实施例六和实施例七中最大输出限制的启动阈值和释放阈值设置相同时提出的音频动态范围控制方法控制结果的仿真示意图，在出现较大信号时，最大输出限制检测到后，交互控制模块控制最大动态输出控制模块DRC1快速将截顶等严重失真快速消除。当输出信号降低到最大动态输出控制模块DRC1的最大输出启动阈值Vatk1后，最大动态输出控制模块DRC1的启动压缩不再起作用，增益衰减受额定动态输出控制模块DRC2控制，可以增大非截顶失真信号的大信号持续时间，延长音头，增大响度，中低频的效果明显改善。

此外，为了作为对比，请参考图2a和图2b，图2a和图2b为传统控制方式的控制结果仿真图，可以看到，在出现较大信号时，其增益快速衰减，响度小，中低频衰减严重。由于只有一个输出控制模块，参数也很难进行调整。

因此，本方案可以通过设定最大动态输出控制模块DRC1的释放时间和额定动态输出控制模块DRC2的启动时间在响度、杂音之间做灵活调配，这是传统结构无法实现的。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种音频信号处理系统，其特征在于，包括：最大动态输出控制模块、额定动态输出控制模块、阈值比较模块、交互控制模块和多个可变增益放大器；

多个所述可变增益放大器均依次串联；音频输入信号通过所述可变增益放大器放大后输出音频输出信号；

所述阈值比较模块对所述音频输出信号进行检测，并将检测结果分别传送至所述最大动态输出控制模块、额定动态输出控制模块以及所述交互控制模块；

所述最大动态输出控制模块根据检测结果控制一个可变增益放大器的参数变化；

所述额定动态输出控制模块根据检测结果控制另一个可变增益放大器的参数变化；

所述交互控制模块对所述最大动态输出控制模块和额定动态输出控制模块的指标进行综合控制。

2.如权利要求1所述的音频信号处理系统，其特征在于，所述阈值比较模块对所述音频输出信号进行检测的参数包括：最大输出限制比较、额定输出限制比较、压缩输出限制比较、小信号输出比较、温度检测和振幅检测中至少一个。

3.如权利要求1所述的音频信号处理系统，其特征在于，所述最大动态输出控制模块控制所述可变增益放大器的增益变化参数、最大输出启动时序和最大输出释放时序；所述额定动态输出控制模块控制所述可变增益放大器的增益变化参数、额定输出启动时序和额定输出释放时序。

4.如权利要求1所述的音频信号处理系统，其特征在于，所述交互控制模块对所述最大动态输出控制模块和额定动态输出控制模块的启动时序、释放时序和最大衰减能力指标进行综合控制。

5.一种音频动态范围控制方法，采用如权利要求1至4中任一项所述的音频信号处理系统，其特征在于，所述方法包括步骤：

阈值比较模块对音频输出信号进行检测，当音频输出信号大于最大输出启动阈值时，最大动态输出控制模块启动增益压缩，衰减增益或最大动态输出控制模块和额定动态输出控制模块共同启动增益压缩，衰减各自的增益；当总增益达到最大衰减时，停止衰减增益；

当音频输出信号大于最大输出释放阈值但小于最大输出启动阈值时，额定动态输出控制模块启动增益压缩，当总增益达到最大衰减时，停止衰减增益；

当音频输出信号大于额定输出启动阈值但小于最大输出释放阈值时，仅额定动态输出控制模块启动增益压缩或最大动态输出控制模块释放增益，额定动态输出控制模块启动增益压缩；当总增益达到最大衰减时，停止衰减增益；

当音频输出信号大于额定输出释放阈值但小于额定输出启动阈值时，最大动态输出控制模块释放增益或无动作。

6.如权利要求5所述的音频动态范围控制方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：

当音频输出信号小于额定输出释放阈值时，最大动态输出控制模块释放增益，当最大动态输出控制模块的增益释放完毕后，额定动态输出控制模块开始释放增益。

7.如权利要求6所述的音频动态范围控制方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：

当音频输出信号小于小信号输出阈值时，额定动态输出控制模块控制的可变增益放大器根据额定动态输出控制模块的增益发生改变，否则额定动态输出控制模块控制的可变增益放大器增益不改变。

8.一种音频动态范围控制方法，采用如权利要求1至4中任一项所述的音频信号处理系统，其特征在于，最大动态输出控制模块的启动阈值和释放阈值相同，所述方法包括步骤：

阈值比较模块对音频输出信号进行检测，当音频输出信号大于最大输出启动阈值时，最大动态输出控制模块启动增益压缩，衰减增益或最大动态输出控制模块、额定动态输出控制模块共同启动增益压缩，衰减各自的增益；当总增益达到最大衰减时，停止衰减增益；

当音频输出信号大于额定输出启动阈值但小于最大输出启动阈值时，仅额定动态输出控制模块启动增益压缩或最大动态输出控制模块开始释放增益，额定动态输出控制模块启动增益压缩；当总增益达到最大衰减时，停止衰减增益；

当音频输出信号大于额定输出释放阈值但小于额定输出启动阈值时，最大动态输出控制模块释放增益或无动作。

9.如权利要求8所述的音频动态范围控制方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：

当音频输出信号小于额定输出释放阈值时，最大动态输出控制模块释放增益，当最大动态输出控制模块的增益释放完毕后，额定动态输出控制模块开始释放增益。

10.如权利要求9所述的音频动态范围控制方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：

当音频输出信号小于小信号输出阈值时，额定动态输出控制模块控制的可变增益放大器根据额定动态输出控制模块的增益发生改变，否则额定动态输出控制模块控制的可变增益放大器增益不改变。

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