CN116318001A

CN116318001A - 用于自动调节增益系数平滑时间的方法和装置及电子设备

Info

Publication number: CN116318001A
Application number: CN202111559118.4A
Authority: CN
Inventors: 施韵; 明幼林; 陈志鹏; 彭聪聪; 柳慧芬
Original assignee: Wuhan Silicon Integrated Co Ltd
Current assignee: Wuhan Silicon Integrated Co Ltd
Priority date: 2021-12-20
Filing date: 2021-12-20
Publication date: 2023-06-23

Abstract

本发明涉及用于自动调节增益系数平滑时间的方法和装置及电子设备。根据一实施例，一种用于自动调节增益系数平滑时间的方法可包括：检测输入信号的变化量和对应的变化时间；基于所述变化量和所述变化时间中的至少一个，确定平滑时间；将所述输入信号延迟一延迟时间后，提供给自动增益控制电路；基于所述延迟时间和所述平滑时间，确定等待时间；以及在所述等待时间之后，在所述自动增益控制电路中应用所述平滑时间，并且在所述平滑时间期间调节所述自动增益控制电路的增益系数。

Description

用于自动调节增益系数平滑时间的方法和装置及电子设备

技术领域

本发明涉及一种用于自动调节增益系数平滑时间的方法和装置，以及包括该装置的电子设备。

背景技术

在信号处理领域，为了自动控制信号的增益，常采用自动增益控制(AGC)电路来实现。自动增益控制电路是指使放大电路的增益可以自动地随信号强度而调整的电路，其一般可包括增益受控放大电路和控制电压生成电路两个部分。增益受控放大电路位于正向放大通路中，其对信号进行放大；控制电压生成电路位于负反馈回路中，其可以根据信号强度来生成控制电压，用于控制放大电路的增益系数。自动增益控制电路可以应用于各种场景中。例如，在一场景中，自动增益控制电路可以根据信号强度自动地调节增益系数，使得输出信号的能量或功率保持在期望的水平。在另一场景中，自动增益控制电路可以检测信号强度，例如能量或功率，当信号强度在阈值以下时，自动增益控制电路可以具有预定不变的增益系数，输出放大信号；当信号强度超过阈值时，自动增益控制电路可以降低增益系数，以确保输出信号的能量或功率不超过预定水平。

发明内容

本申请的一个方面提供一种用于自动调节增益系数平滑时间的方法，其可包括：检测输入信号的变化量和对应的变化时间中的至少一个；基于所述变化量和所述变化时间中的所述至少一个，确定平滑时间；将所述输入信号延迟一延迟时间后，提供给自动增益控制电路；基于所述延迟时间和所述平滑时间，确定等待时间；以及在所述等待时间之后，在所述自动增益控制电路中应用所述平滑时间，并且在所述平滑时间期间调节所述自动增益控制电路的增益系数。

在一些实施例中，确定平滑时间可包括：当所述变化量小于或等于第一阈值时，所述平滑时间具有预定值；当所述变化量大于所述第一阈值时，所述平滑时间随着所述变化量和所述变化时间中的至少一个增大而增大。

在一些实施例中，确定等待时间可包括：将所述等待时间确定为所述延迟时间与所述平滑时间之间的时间差，其中所述延迟时间长于或等于所述平滑时间。

在一些实施例中，所述方法还可包括：当所述延迟时间短于所述平滑时间时，将所述平滑时间设置为等于所述延迟时间。

在一些实施例中，所述方法还可包括对所述输入信号进行强度检测，当检测到所述输入信号的信号强度超过第二阈值时，则在所述等待时间之后，在所述自动增益控制电路中应用所述平滑时间，并且在所述平滑时间期间，调节所述自动增益控制电路的增益系数。

在一些实施例中，所述方法还可包括对所述输入信号进行强度检测，当检测到所述输入信号的信号强度低于第三阈值时，则在所述等待时间之后，在所述自动增益控制电路中应用所述平滑时间，并且在所述平滑时间期间，调节所述自动增益控制电路的增益系数。

本申请的另一方面提供一种用于自动调节增益系数平滑时间的装置，其可包括：第一信号检测单元，用于检测输入信号的变化量和对应的变化时间中的至少一个；平滑时间确定单元，用于基于所述变化量和所述变化时间中的所述至少一个，确定平滑时间；延迟单元，用于将所述输入信号延迟一延迟时间；以及自动增益控制电路，用于接收并放大延迟后的所述输入信号，其中，所述自动增益控制电路配置为基于所述延迟时间和所述平滑时间确定等待时间，在所述等待时间之后，应用所述平滑时间，并且在所述平滑时间期间调节所述自动增益控制电路的增益系数。

在一些实施例中，所述平滑时间确定单元可配置为：当所述变化量小于或等于第一阈值时，将所述平滑时间确定为具有预定值；当所述变化量大于所述第一阈值时，将所述平滑时间确定为具有随着所述变化量和所述变化时间中的至少一个增大而增大的值。

在一些实施例中，所述等待时间被确定为所述延迟时间与所述平滑时间之间的时间差，所述延迟时间长于或等于所述平滑时间。

在一些实施例中，所述自动增益控制电路还可配置为当所述延迟时间短于所述平滑时间时，将所述平滑时间设置为等于所述延迟时间。

在一些实施例中，所述装置还可包括：第二信号检测单元，用于对所述输入信号进行强度检测。当所述第二信号检测单元检测到所述输入信号的信号强度超过第二阈值时，所述自动增益控制电路在所述等待时间之后，应用所述平滑时间，并且在所述平滑时间期间调节所述自动增益控制电路的增益系数。

在一些实施例中，所述装置还可包括：第二信号检测单元，用于对所述输入信号进行强度检测。当所述第二信号检测单元检测到所述输入信号的信号强度低于第三阈值时，所述自动增益控制电路在所述等待时间之后，应用所述平滑时间，并且在所述平滑时间期间调节所述自动增益控制电路的增益系数。

本申请的另一方面提供一种电子设备，其可包括上述用于自动调节增益系数平滑时间的装置。

在一些实施例中，所述输入信号是音频信号。

本发明的上述和其他特征和优点将从下面结合附图对具体实施例的描述而变得显而易见。

附图说明

图1A是示出自动增益控制电路的增益系数变化的示意性曲线图。

图1B是示出自动增益控制电路的增益系数的突变的示意性曲线图。

图1C是示出自动增益控制电路的增益系数的平滑变化的示意性曲线图。

图2是示出根据本发明一实施例的用于自动调节增益系数平滑时间的装置的示意性框图。

图3是示出根据本发明另一实施例的用于自动调节增益系数平滑时间的装置的示意性框图。

图4是示出与现有技术相比，进行本发明的平滑时间自动调节后的信号的示意性曲线图。

图5是示出根据本发明一实施例的电子设备的示意性框图。

具体实施方式

下面，将参考附图详细地描述根据本申请的示例实施例。注意，附图可能不是按比例绘制的。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，本申请不受这里描述的示例实施例的限制。

图1A示出了自动增益控制电路的信号变换示意图，其中信号V_in为输入信号，信号V_out为输出信号。如图1A所示，当信号V_in从一较低值V₁变为一较高值V₂时，为了使输出信号V_out保持在V₃的水平，增益系数从G₁＝V₃/V₁变为G₂＝V₃/V₂。

如前所述，在自动增益控制电路中，正向放大通路的增益系数可以由负反馈回路生成的控制电压来自动控制。图1B和1C示出了自动增益控制电路的增益变化的两种示例。在图1B所示的示例中，当检测到信号强度的变化时，直接产生增益系数G的跳变。在一些应用领域，例如在音频信号处理领域，这种增益系数的突然跳变是不期望的，因为其会引起声音听感上的突变，甚至会产生刺耳的杂音。因此，基于图1B的示例，又发展出了图1C所示的例子，其中在预定时间T_s内，增益系数G可以平滑地变化，由此避免了增益突变引起的杂音。时间T_s也称为平滑时间。

然而，在目前的自动增益控制电路中，平滑时间T_s一般都具有预设的固定值。当信号跳变幅度变大时，增益变化幅度加剧，平滑效果会下降，增益变化越剧烈越容易产生不良听感，例如音量会忽大忽小。另一方面，如果将平滑时间T_s预设为具有较大的值，其又可能导致增益调节效率降低，不适应较小的增益变化幅度，同样不能准确地输出音频信号所要表达的音效。

下面描述的本申请的示例性实施例提供一种技术方案，其能够基于信号变化的幅度和/或时间来自动地调节增益系数平滑时间，从而可以克服上述以及其他问题，提供改善的音效输出。图2是示出根据本发明一实施例的用于自动调节增益系数平滑时间的装置100的示意性框图。如图2所示，装置100可包括第一信号检测单元110、平滑时间确定单元120、延迟单元130和自动增益控制电路(AGC)140。

参照图2，装置100可接收输入信号V_in，其可以是例如音频信号流。接收到的输入信号V_in被分成两路，一路被提供给第一信号检测单元110，另一路被提供给延迟单元130。

第一信号检测单元110可以检测输入信号V_in的变化量和对应的变化时间中的至少一个。在一些实施例中，第一信号检测单元110可以使用时间窗将输入信号V_in分成若干帧，例如每帧信号可以对应于固定的时间长度T_f。第一信号检测单元110可以检测每帧信号的能量或峰值，从连续n帧信号中找出能量或峰值的最大值和最小值，n可以是大于1的整数。最大值与最小值之间的差为输入信号V_in的变化量B，具有最大值的帧与具有最小值的帧之间的时间差为与变化量B对应的变化时间T_d。如果具有最大值的帧位于具有最小值的帧之前，可以确定输入信号在变小；如果具有最大值的帧位于具有最小值的帧之后，则可以确定输入信号在变大。

第一信号检测单元110可以将输入信号V_in的变化量B和对应的变化时间T_d中的至少一个提供给下游的平滑时间确定单元120，平滑时间确定单元120可以基于输入信号V_in的变化量B和变化时间T_d中的至少一个来确定用于调整增益系数的平滑时间T_S。一般而言，输入信号V_in的变化量B越大，变化时间T_d越长，对应的增益系数平滑时间T_S就越长。在一些实施例中，当所确定的输入信号V_in的变化量B小于或等于一阈值时，平滑时间确定单元120可以认为输入信号V_in的变化较小，将平滑时间T_S确定为具有一预定值。当输入信号V_in的变化量B大于该阈值时，平滑时间确定单元120可以认为输入信号V_in的变化较大，此时可以将平滑时间T_S的值确定为随着变化量B和变化时间T_d中的至少一个增大而增大。例如，可以将平滑时间T_S确定为TS＝a*B+b*T_d+c，其中a和b中一个为零另一个为正值，或者二者均具有正值，c可以为零、正值或负值。平滑时间确定单元120可以将所确定的平滑时间TS提供给自动增益控制电路140。

延迟单元130可以将输入信号V_in延迟一预定时段T_delay后，提供给自动增益控制电路140。这里，为了与输入信号V_in区别开，可以将延迟后的输入信号表示为V_{in_delay}。在一些实施例中，延迟单元130可以是例如缓冲存储器(buffer)，其通过存储T_delay时长的输入信号V_in来提供延迟功能。

自动增益控制电路140一方面接收延迟单元130提供的延迟了T_delay的输入信号V_{in_delay}，另一方面接收平滑时间确定单元120提供的平滑时间T_S的信息。这里应理解的是，计算得到平滑时间T_S的n帧信号在延迟单元130中被延迟了时间T_delay，那么自动增益控制电路140可以基于延迟时间T_delay和平滑时间T_S来确定应用平滑时间T_S的开始时间，或者说确定自动增益控制电路140在应用平滑时间T_S之前还需要等待的时间T_W。例如，等待时间T_W可以确定为T_W＝T_delay-T_S。自动增益控制电路140需要在等待时间T_W之后，才应用平滑时间T_S来执行增益系数的平滑变化。一般而言，可以通过设置延迟时间T_delay大于常用的平滑时间T_S的范围，来确保等待时间T_W为正值。在一些实施例中，自动增益控制电路140还可以比较延迟时间T_delay和所接收到的平滑时间T_S，当延迟时间T_delay比平滑时间T_S更短时，也就是说没有足够长的延迟时间T_delay来满足所需要的平滑时间T_S，此时自动增益控制电路140可以将平滑时间T_S设置为等于延迟时间T_delay，从而等待时间T_W为零，这意味着自动增益控制电路140不需要等待(即等待时间为零)而可以直接应用平滑时间T_S，从而开始增益系数的平滑变化。

自动增益控制电路140在从平滑时间确定单元120接收到平滑时间T_S后，可以如上所述地确定等待时间T_W，并且在等待时间T_W过去之后，应用所确定的平滑时间T_S，并且在平滑时间T_S期间平滑地调节增益系数。虽然自动增益控制电路140可以根据需要来平滑地增大或减小增益系数，但是一般而言，自动增益控制电路140可以在输入信号变大时(能量或峰值的最大值帧在最小值帧之后)，平滑地减小增益系数；在输入信号变小时(能量或峰值的最大值帧在最小值帧之前)，平滑地增大增益系数。可以理解，在等待时间T_W期间，自动增益控制电路140可以按照变化之前的预定增益来缩放和输出所接收到的延迟信号V_{in_delay}，或者其也可以对应于基于之前的信号检测确定的平滑时间。

在图2所示的实施例中，通过检测输入信号的变化量B和变化时间Td中的至少一个来确定平滑时间T_S，可以根据输入信号的变化来设置适当的平滑时间T_S，从而可以在充足但不过量的平滑时间T_S内实现增益系数的平滑但有效率的变化，避免平滑时间T_S过短引起的增益系数剧烈变化或者平滑时间T_S过长引起的增益系数的低效率变化。此外，通过将输入信号延迟一时间T_delay之后提供给自动增益控制电路140，使得自动增益控制电路140有足够的时间来应用平滑时间T_S，并且在平滑时间T_S期间平滑地调节增益系数。

图3是示出根据本发明另一实施例的用于自动调节增益系数平滑时间的装置200的示意性框图。应理解的是，在装置200中，与上面参照图2描述的装置100相同或基本上相同的模块用相同的附图标记表示，这里将省略对其的重复描述，而着重描述二者之间的不同之处。

参照图3，在装置200中，输入信号V_in被分成三路，除了提供给第一信号检测单元110和延迟单元130之外，第三路输入信号V_in被提供给第二信号检测单元150。第二信号检测单元150可以检测输入信号V_in的信号强度，例如能量或峰值。在一些实施例中，当第二信号检测单元150检测到输入信号V_in的信号强度超过一上限阈值时，可以向自动增益控制电路140施加一使能信号。响应于该使能信号，自动增益控制电路140可以基于延迟时间T_delay和平滑时间T_S来确定等待时间T_W，并且在等待时间T_W过去之后应用平滑时间T_S，在平滑时间T_S期间平滑地调节增益系数，例如可以减小增益系数以避免输出功率过大，其可能会损坏音频信号输出设备例如扬声器或者振动装置。如果输入信号V_in的信号强度没有超过上限阈值，第二信号检测单元150不向自动增益控制电路140施加使能信号，此时自动增益控制电路140可以忽略从平滑时间确定单元120接收到的信号，例如可以使用预定的平滑时间和增益系数来对接收到的延迟输入信号V_{in_delay}进行放大以输出信号V_out。

在另一些实施例中，当第二信号检测单元150检测到输入信号V_in的信号强度低于一下限阈值时，可以向自动增益控制电路140施加一使能信号。响应于该使能信号，自动增益控制电路140可以基于延迟时间T_delay和平滑时间T_S来确定等待时间T_W，并且在等待时间T_W过去之后应用平滑时间T_S，在平滑时间T_S期间平滑地调节增益系数，例如可以增大增益系数以避免输出功率过小，其可能会导致音量不足而影响听感。如果输入信号V_in的信号强度没有低于下限阈值，第二信号检测单元150不向自动增益控制电路140施加使能信号，此时自动增益控制电路140可以忽略从平滑时间确定单元120接收到的信号，例如可以使用预定的平滑时间和增益系数来对接收到的延迟输入信号V_{in_delay}进行放大以输出信号V_out。

在一些实施例中，第二信号检测单元150可以将输入信号V_in的信号强度与上述上限阈值和下限阈值进行比较，下限阈值可以小于上限阈值，从而在输入信号V_in的信号强度超过上限阈值和低于下限阈值时，使能自动增益控制电路140以自动调节平滑时间T_S。如果输入信号V_in的信号强度位于上限阈值和下限阈值之间，自动增益控制电路140可以不需要调节平滑时间T_S，此时自动增益控制电路140可以忽略从平滑时间确定单元120接收到的信号，例如使用预定的平滑时间和增益系数来对接收到的延迟输入信号V_{in_delay}进行放大以输出信号V_out。

图4是示出与现有技术相比，进行本发明的平滑时间自动调节后的信号的示意性曲线图，其中用实线示出了原始信号，即输入信号，用虚线示出了处理后的信号，即输出信号。为了便于示出增益系数调节效果，在图4中忽略了对原始信号的放大增益，而仅示出了增益系数变化导致的处理后信号相对于原始信号的区别。图4中的左图示出了现有技术的曲线，其中在原始信号开始增大时，开始减小增益系数，从而处理后信号的峰值低于原始信号，即应用了信号压缩功能。图4中的右图示出了本发明的曲线，其中在原始信号开始增大之前，就应用了平滑时间T_S，开始减小增益系数，使得处理后信号向下变化一较小量。然后，随着原始信号的信号强度增大，处理后信号也逐渐变大。这里应注意两个方面：第一，本发明中调节增益系数的平滑时间比现有技术中更大，从而可以避免增益系数的剧烈变化；第二，在本发明中由于提前调节了增益系数，当处理后信号的功率(即虚线所覆盖的面积)与现有技术中相同时，本发明的处理后信号的峰值可以现有技术中的处理后信号更大，更接近于原始信号，这有助于减小增益调节导致的信号变化，输出更符合原始信号的听感。

图5是示出根据本发明一实施例的电子设备10的示意性框图。电子设备10可以是例如诸如手机、平板设备、个人数字助理(PDA)等之类的便携式电子设备。电子设备10可以包括用于自动调节增益系数平滑时间的装置400，其可以实施为上面参照图2和图3描述的装置100和200中的任何一种。在电子设备10中，装置400可以接收音频信号作为输入，对其进行放大处理后，输出放大音频信号。装置400输出的放大音频信号可以提供给扬声器以输出声音信号，或者可以提供给诸如线性马达之类的振动装置以产生触觉效果输出。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。图中所示的每个方框可以细分成多个子框，每个子框可以实施相关的功能或步骤，从而多个子框可以实现细分前的一个大框实现的功能。或者，图中所示的多个方框也可以合并成一个方框，其可以实现合并前的多个方框的功能。在本申请中，诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims

1.一种用于自动调节增益系数平滑时间的方法，包括：

检测输入信号的变化量和对应的变化时间中的至少一个；

基于所述变化量和所述变化时间中的所述至少一个，确定平滑时间；

将所述输入信号延迟一延迟时间后，提供给自动增益控制电路；

基于所述延迟时间和所述平滑时间，确定等待时间；以及

在所述等待时间之后，在所述自动增益控制电路中应用所述平滑时间，并且在所述平滑时间期间调节所述自动增益控制电路的增益系数。

2.如权利要求1所述的方法，其中，确定平滑时间包括：

当所述变化量小于或等于第一阈值时，所述平滑时间具有预定值；

当所述变化量大于所述第一阈值时，所述平滑时间随着所述变化量和所述变化时间中的至少一个增大而增大。

3.如权利要求1所述的方法，其中，确定等待时间包括：

将所述等待时间确定为所述延迟时间与所述平滑时间之间的时间差，其中所述延迟时间长于或等于所述平滑时间。

4.如权利要求3所述的方法，还包括：

当所述延迟时间短于所述平滑时间时，将所述平滑时间设置为等于所述延迟时间。

5.如权利要求1所述的方法，还包括对所述输入信号进行强度检测，当检测到所述输入信号的信号强度超过第二阈值时，则在所述等待时间之后，在所述自动增益控制电路中应用所述平滑时间，并且在所述平滑时间期间，调节所述自动增益控制电路的增益系数。

6.如权利要求1所述的方法，还包括对所述输入信号进行强度检测，当检测到所述输入信号的信号强度低于第三阈值时，则在所述等待时间之后，在所述自动增益控制电路中应用所述平滑时间，并且在所述平滑时间期间，调节所述自动增益控制电路的增益系数。

7.一种用于自动调节增益系数平滑时间的装置，包括：

第一信号检测单元，用于检测输入信号的变化量和对应的变化时间中的至少一个；

平滑时间确定单元，用于基于所述变化量和所述变化时间中的所述至少一个，确定平滑时间；

延迟单元，用于将所述输入信号延迟一延迟时间；以及

自动增益控制电路，用于接收并放大延迟后的所述输入信号，

其中，所述自动增益控制电路配置为基于所述延迟时间和所述平滑时间确定等待时间，在所述等待时间之后，应用所述平滑时间，并且在所述平滑时间期间调节所述自动增益控制电路的增益系数。

8.如权利要求7所述的装置，其中，所述平滑时间确定单元配置为：

当所述变化量小于或等于第一阈值时，将所述平滑时间确定为具有预定值；

当所述变化量大于所述第一阈值时，将所述平滑时间确定为具有随着所述变化量和所述变化时间中的至少一个增大而增大的值。

9.如权利要求7所述的装置，其中，所述等待时间被确定为所述延迟时间与所述平滑时间之间的时间差，所述延迟时间长于或等于所述平滑时间。

10.如权利要求9所述的装置，其中，所述自动增益控制电路还配置为当所述延迟时间短于所述平滑时间时，将所述平滑时间设置为等于所述延迟时间。

11.如权利要求7所述的装置，还包括：

第二信号检测单元，用于对所述输入信号进行强度检测，

其中，当所述第二信号检测单元检测到所述输入信号的信号强度超过第二阈值时，所述自动增益控制电路在所述等待时间之后，应用所述平滑时间，并且在所述平滑时间期间调节所述自动增益控制电路的增益系数。

12.如权利要求7所述的装置，还包括：

第二信号检测单元，用于对所述输入信号进行强度检测，

其中，当所述第二信号检测单元检测到所述输入信号的信号强度低于第三阈值时，所述自动增益控制电路在所述等待时间之后，应用所述平滑时间，并且在所述平滑时间期间调节所述自动增益控制电路的增益系数。

13.一种电子设备，包括权利要求7至12中的任一项所述的用于自动调节增益系数平滑时间的装置。

14.如权利要求13所述的电子设备，其中，所述输入信号是音频信号。