CN117896655A - 均衡分频器电路和终端设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及均衡分频器电路和终端设备，均衡分频器电路包括电性互连的可重构滤波通路单元、控制通路单元和系数通路单元，控制通路单元用于根据写入完成信号控制系统由系数配置状态返回至等待状态，并生成待工作指令发送至可重构滤波通路单元，可重构滤波通路单元用于根据待工作指令获取到输入的音频信号时，从系数通路单元读取当前时刻的滤波系数和上一时刻的滤波数据，以对音频信号进行可重构滤波处理并生成滤波后的音频信号，该均衡分频器电路为不同的场景提供不同的滤波模式，增加了安排硬件资源的灵活性，提高了资源的利用率，同时相对于固定阶数的均衡分频器电路，由于可对滤波处理过程进行可重构处理，也从整体上降低了运算延迟。

Description

均衡分频器电路和终端设备

技术领域

本申请涉及信号处理领域，尤其涉及一种均衡分频器电路和终端设备。

背景技术

常见音频频率范围跨度大，通常为20赫兹至20000赫兹。声音记录和再现中的均衡是调整音频信号中不同频段的音量的过程。用于实现此目的的电路或设备称为均衡器(Equalizer，EQ)。均衡器用于录音室、广播工作室和制作控制室，以及现场扩声和乐器放大器（如吉他放大器），以校正或调整麦克风、乐器拾音器、扬声器和大厅声学的响应。均衡器分为软件或硬件版本，在应用终端上常用硬件版本。

均衡器常用于调节或调平常见音频频率上的声音的幅频响应，其通过削减或增加具体频带的能量以获得所要幅频响应特性。早期均衡器是用来补偿数字模拟转换器(Digital to Analog Convertor，DAC)、功率放大器(Amplifier，AMP)或喇叭单体在幅频响应上的不足。也就是均衡器通过补偿环境、再现过程或者系统本身频率响应误差而得到频谱上的平坦频率响应。

而近年来，数字媒体产业经常用均衡器来美化声音，让声音听起来更丰富悦耳。主要通过增强或削弱某些频率范围内的声音以增强某些声音特性，从而得到需要的幅频响应曲线。一般均衡器设计采用级联的无限脉冲响应(Infinite Impulse Response ，IIR)滤波器来实现。通常这样的滤波器组在硬件电路里会产生固定的通路延迟。

换言之，在传统硬件均衡器系统中，滤波器阶数和均衡器级数均固定，缺少灵活性。

上述内容仅用于辅助理解本申请的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明提供一种均衡分频器电路和终端设备，能够克服传统的均衡器电路的灵活性不足的特点。

一种均衡分频器电路，包括电性互连的可重构滤波通路单元、控制通路单元和系数通路单元。

控制通路单元用于在系统为等待状态时生成系数和数据写入命令并发送至系数通路单元，并控制系统进入系数配置状态。

系数通路单元用于在系统为系数配置状态时，根据系数和数据写入指令将滤波器系数和对应滤波数据写入到相应位置，并生成写入完成信号发送至控制通路单元。

控制通路单元用于根据写入完成信号控制系统由系数配置状态返回至等待状态，并生成待工作指令发送至可重构滤波通路单元。

可重构滤波通路单元用于根据待工作指令获取到输入的音频信号时，从系数通路单元读取当前时刻的滤波系数和上一时刻的滤波数据，以对音频信号进行可重构滤波处理并生成滤波后的音频信号，可重构滤波处理包括基于至少一个一阶滤波器和/或至少一个二阶滤波器自由组合的滤波处理过程。

在一个实施例中，可重构滤波通路单元包括依次电性连接的通道选择子单元、预增益控制子单元和可重构滤波计算子单元。

通道选择子单元用于根据待工作指令，获取用户配置的参数以选择对应的通道输入音频信号。

预增益控制子单元用于接收通道选择子单元输出的通道音频信号，以进对预设频率分量进行增益补偿处理。

可重构滤波计算子单元用于接收预增益控制子单元输出的补偿音频信号，从系数通路单元读取当前时刻的滤波系数和上一时刻的滤波数据，根据当前时刻的滤波系数和上一时刻的滤波数据对补偿音频信号进行可重构滤波处理并生成滤波后的音频信号。

在一个实施例中，可重构滤波计算子单元为基于至少一个一阶滤波器和至少一个二阶滤波器自由组合的滤波器结构。

在一个实施例中，可重构滤波通路单元还包括与可重构滤波计算子单元电性连接的级间缓存子单元以及与级间缓存子单元电性连接的后增益子单元。

级间缓存子单元用于相邻时刻的可重构滤波计算子单元之间的滤波输出数据的缓存与输出。

后增益子单元用于对级间缓存子单元的输出音频信号进行增益补偿处理。

在一个实施例中，可重构滤波通路单元还包括与可重构滤波计算子单元电性连接的乘累加器子单元。

乘累加器子单元用于接收可重构滤波计算子单元发送的滤波系数和地址缓存以进行计算处理，并将对应的计算结果返回至可重构滤波计算子单元。

可重构滤波计算子单元用于根据计算结果和上一时刻的滤波数据对补偿音频信号进行可重构滤波处理并生成滤波后的音频信号。

在一个实施例中，乘累加器子单元还与预增益控制子单元电性连接。

乘累加器子单元还用于生成溢出检测信号并发送至预增益控制子单元。

预增益控制子单元还用于根据溢出检测信号调节预设频率分量的增益补偿处理的大小。

在一个实施例中，系数通路单元包括依次电性连接的系数配置子单元、地址转译子单元和存储重构子单元。

系数配置子单元用于在系统为系数配置状态时，根据系数和数据写入指令，接收外部输入的滤波器系数和滤波数据以生成相应的配置地址和配置数据，并发送至地址转译子单元。

地址转译子单元用于对配置地址和配置数据进行转译，以生成转译数据并发送至存储重构子单元。

存储重构子单元用于将转译数据写入到相应位置，并生成写入完成信号发送至控制通路单元。

在一个实施例中，系数通路单元还用于在系统上电复位后进入空闲状态并进行初始化，且在初始化完成后生成初始化完成信号发送至控制通路单元。

控制通路单元用于根据初始化完成信号控制系统结束空闲状态并进入等待状态。

在一个实施例中，预增益控制子单元在通道音频信号过零点时，对预设频率分量进行增益补偿处理。

此外，还提供一种终端设备，终端设备包括上述均衡分频器电路。

上述均衡分频器电路，包括电性互连的可重构滤波通路单元、控制通路单元和系数通路单元，控制通路单元用于在系统为等待状态时生成系数和数据写入命令并发送至系数通路单元，并控制系统进入系数配置状态，系数通路单元用于在系统为系数配置状态时，根据系数和数据写入指令将滤波器系数和对应滤波数据写入到相应位置，并生成写入完成信号发送至控制通路单元，控制通路单元用于根据写入完成信号控制系统由系数配置状态返回至等待状态，并生成待工作指令发送至可重构滤波通路单元，可重构滤波通路单元用于根据待工作指令获取到输入的音频信号时，从系数通路单元读取当前时刻的滤波系数和上一时刻的滤波数据，以对音频信号进行可重构滤波处理并生成滤波后的音频信号，该均衡分频器电路通过可重构滤波通路单元、控制通路单元和系数通路单元的配合，能够实现对输入音频信号的可重构滤波处理，可重构滤波处理包括基于至少一个一阶滤波器和/或至少一个二阶滤波器自由组合的滤波处理过程，换言之，通过提供基于至少一个一阶滤波器和/或至少一个二阶滤波器自由组合的滤波处理过程，从而为不同的场景提供不同的滤波模式，增加了安排硬件资源的灵活性，提高了资源的利用率，同时相对于固定阶数的均衡分频器电路，由于可对滤波处理过程进行可重构处理，也从整体上降低了运算延迟。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的均衡分频器电路的电路框图；

图2为本申请一实施例提供的可重构滤波通路的结构框图；

图3为本申请一实施例中可重构滤波计算子单元的结构示意图；

图4为本申请另一实施例中可重构滤波计算子单元的结构示意图；

图5为本申请另一实施例提供的可重构滤波通路的结构框图；

图6为本申请又一实施例提供的可重构滤波通路的结构框图；

图7为本申请一实施例提供的系数通路单元的结构框图；

图8为本申请提供的传统的预增益控制子单元在处理增益补偿处理时的通道增益补偿变化点位置示意图；

图9为本申请一实施例提供的预增益控制子单元在处理增益补偿处理时的通道增益补偿变化点位置示意图。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

另外，若本申请中涉及“第一”、“第二”等的描述，仅用于描述目的（如用于区分相同或类似元件），而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

如图1所示，提供一种均衡分频器电路100，包括电性互连的可重构滤波通路单元110、控制通路单元120和系数通路单元130。

控制通路单元120用于在系统为等待状态时生成系数和数据写入命令并发送至系数通路单元130，并控制系统进入系数配置状态。

系数通路单元130用于在系统为系数配置状态时，根据系数和数据写入指令将滤波器系数和对应滤波数据写入到相应位置，并生成写入完成信号发送至控制通路单元120。

控制通路单元120用于根据写入完成信号控制系统由系数配置状态返回至等待状态，并生成待工作指令发送至可重构滤波通路单元110。

可重构滤波通路单元110用于根据待工作指令获取到输入的音频信号时，从系数通路单元130读取当前时刻的滤波系数和上一时刻的滤波数据，以对音频信号进行可重构滤波处理并生成滤波后的音频信号，可重构滤波处理包括基于至少一个一阶滤波器和/或至少一个二阶滤波器自由组合的滤波处理过程。

其中，控制通路单元120用于调整系统工作模式，实现系统在各个状态下的跳转。

上述均衡分频器电路100通过可重构滤波通路单元110、控制通路单元120和系数通路单元130的配合，能够实现对输入音频信号的可重构滤波处理，可重构滤波处理包括基于至少一个一阶滤波器和/或至少一个二阶滤波器自由组合的滤波处理过程，换言之，通过提供基于至少一个一阶滤波器和/或至少一个二阶滤波器自由组合的滤波处理过程，从而为不同的场景提供不同的模式，增加了安排硬件资源的灵活性，提高了资源的利用率，同时相对于固定阶数的均衡分频器电路100，由于可对滤波处理过程进行可重构处理，也从整体上降低了运算延迟。

在一个实施例中，如图2所示，可重构滤波通路单元110包括依次电性连接的通道选择子单元111、预增益控制子单元112和可重构滤波计算子单元113。

通道选择子单元111用于根据待工作指令，获取用户配置的参数以选择对应的通道输入音频信号。

预增益控制子单元112用于接收通道选择子单元111输出的通道音频信号，以对预设频率分量进行增益补偿处理。

可重构滤波计算子单元113用于接收预增益控制子单元112输出的补偿音频信号，从系数通路单元130读取当前时刻的滤波系数和上一时刻的滤波数据，根据当前时刻的滤波系数和上一时刻的滤波数据对补偿音频信号进行可重构滤波处理并生成滤波后的音频信号。

本实施例中，通过设置通道选择子单元111能够及时的获取用户配置的参数，确定处理的合计声道数，并在运行中控制输入音频信号的选择通道或者串行处理所有通道。

本实施例中，通过设置预增益控制子单元112，使得在信号速度增加导致信号传输受损的情况下，可重构滤波计算子单元113能够接收到相对良好的信号波形，整体衰减大大减少。

其中，通道音频信号中的预设频率分量通常为高频分量，高频分量在传输过程中容易导致衰减。

其中，可重构滤波计算子单元113为基于至少一个一阶滤波器和至少一个二阶滤波器自由组合的滤波器结构。在一个实施例中，可重构滤波计算子单元113为基于一阶滤波器和二阶滤波器的IIR（Infinite Impulse Response，IIR）滤波器结构。

二阶滤波器包括但不限于高低通、带通、陷波器、峰值滤波器、标准全通滤波器和高低Shelf滤波器中的任何一种。

在另一个实施例中，当可重构滤波计算子单元113为基于一阶滤波器和二阶滤波器的IIR滤波器结构时，其结构如图3所示，其原始实现公式如下（全通滤波器的输出为H[z]）：

稍加处理对分子分母同时除以a₀进行归一化可以得到：

转换为差分方程：

针对减法的运算直接将滤波系数保存为负数，并按上述优化计算流程如下：

式子中、/>、/>和/>均为滤波系数，n和m均为整数，y[n]为全通滤波器的差分输出，对应系数的关系如下：

当可重构滤波计算子单元113为基于一阶滤波器和二阶滤波器的全通滤波器结构以实现分频功能时，其结构如图4所示。

其中，210为二阶全通滤波器，220为一阶全通滤波器，230为蝶形运算，240和250均为移位补偿，260为低通输出信号，270为高通输出信号。

其中，在补偿音频信号进入图4时，将二阶全通滤波器的输出结果一边缓存，一边送到一阶全通滤波器上，然后利用二者的结果相位差，通过蝶形运算，得到对应的高低通滤波器数据。

在一个实施例中，上述可重构滤波计算子单元113可通过多个一阶滤波器和多个二阶滤波器进行组合，以实现更高阶的滤波功能。

在一个实施例中，如图5所示，可重构滤波通路单元110还包括与可重构滤波计算子单元113电性连接的级间缓存子单元114以及与级间缓存子单元114电性连接的后增益子单元115。

级间缓存子单元114用于相邻时刻的可重构滤波计算子单元113之间的滤波输出数据的缓存与输出。

后增益子单元115用于对级间缓存子单元114的输出音频信号进行增益补偿处理。

本实施例中，通过设置级间缓存子单元114，能够将信号输出至后增益子单元115，且能够支持可重构滤波计算子单元113中所进行的蝶形运算。

在一个实施例中，如图6所示，可重构滤波通路单元110还包括与可重构滤波计算子单元113电性连接的乘累加器子单元116。

乘累加器子单元116用于接收可重构滤波计算子单元113发送的滤波系数和地址缓存以进行计算处理，并将对应的计算结果返回至可重构滤波计算子单元113。

可重构滤波计算子单元113用于根据计算结果和上一时刻的滤波数据对补偿音频信号进行可重构滤波处理并生成滤波后的音频信号。

在一个实施例中，如图6所示，乘累加器子单元116还与预增益控制子单元112电性连接。

乘累加器子单元116还用于生成溢出检测信号并发送至预增益控制子单元112。

预增益控制子单元112还用于根据溢出检测信号调节预设频率分量的增益补偿处理的大小。

本实施例中，通过设置乘累加器子单元116还与预增益控制子单元112电性连接，预增益控制子单元112能够在接收到溢出检测信号时自动下调增益，以降低进一步的溢出导致的输出异常问题。

在一个实施例中，如图7所示，系数通路单元130包括依次电性连接的系数配置子单元131、地址转译子单元和存储重构子单元。

系数配置子单元131用于在系统为系数配置状态时，根据系数和数据写入指令，接收外部输入的滤波器系数和滤波数据以生成相应的配置地址和配置数据，并发送至地址转译子单元132。

地址转译子单元132用于对配置地址和配置数据进行转译，以生成转译数据并发送至存储重构子单元133。

存储重构子单元133用于将转译数据写入到相应位置，并生成写入完成信号发送至控制通路单元120。

其中，转译数据中滤波器系数所对应的数据以及滤波数据所对应的数据部分可分别存放在各自的存储介质中，也可存放在同一存储介质中。

在一个实施例中，系数通路单元130还用于在系统上电复位后进入空闲状态并进行初始化，且在初始化完成后生成初始化完成信号发送至控制通路单元120。

控制通路单元120用于根据初始化完成信号控制系统结束空闲状态并进入等待状态。

在一个实施例中，预增益控制子单元112用于在通道音频信号过零点时，对预设频率分量进行增益补偿处理。本实施例中，若预增益控制子单元112在接收到的通道音频信号进行增益补偿处理时，若增益随时变化，容易引起信号突变过大产生不适的音调，通过在通道音频信号过零点时，对预设频率分量进行增益补偿处理，此时信号幅度较小，进行增益变化可以减少增益变化带来的音调不适感。

如图8所示，图8为传统的预增益控制子单元112在处理增益补偿处理时的示意图，图9为本实施例中预增益控制子单元112在处理增益补偿处理时的示意图，横轴X为时间，纵轴Y为信号幅度，曲线S1表示增益补偿处理后的通道音频信号（即补偿音频信号），曲线S2表示通道音频信号，R1表示图8中的通道增益补偿变化点位置，R2表示图9中的通道增益补偿变化点位置。

此外，还提供一种终端设备，终端设备包括上述均衡分频器电路100。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的和实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可以包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM通过多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双速据率SDRAM（SSRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink）DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其它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过程、装置、物品或者方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、装置、物品或者方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、装置、物品或者方法中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种均衡分频器电路，其特征在于，包括电性互连的可重构滤波通路单元、控制通路单元和系数通路单元：

所述控制通路单元用于在系统为等待状态时生成系数和数据写入命令并发送至所述系数通路单元，并控制所述系统进入系数配置状态；

所述系数通路单元用于在所述系统为所述系数配置状态时，根据所述系数和数据写入指令将滤波器系数和对应滤波数据写入到相应位置，并生成写入完成信号发送至所述控制通路单元；

所述控制通路单元用于根据所述写入完成信号控制所述系统由所述系数配置状态返回至所述等待状态，并生成待工作指令发送至所述可重构滤波通路单元；

所述可重构滤波通路单元用于根据所述待工作指令获取到输入的音频信号时，从所述系数通路单元读取当前时刻的滤波系数和上一时刻的滤波数据，以对所述音频信号进行可重构滤波处理并生成滤波后的音频信号，所述可重构滤波处理包括基于至少一个一阶滤波器和/或至少一个二阶滤波器自由组合的滤波处理过程。

2.根据权利要求1所述的均衡分频器电路，其特征在于，所述可重构滤波通路单元包括依次电性连接的通道选择子单元、预增益控制子单元和可重构滤波计算子单元；

所述通道选择子单元用于根据所述待工作指令，获取用户配置的参数以选择对应的通道输入所述音频信号；

所述预增益控制子单元用于接收所述通道选择子单元输出的通道音频信号，以进行预设频率分量的增益补偿处理；

所述可重构滤波计算子单元用于接收所述预增益控制子单元输出的补偿音频信号，从所述系数通路单元读取当前时刻的滤波系数和上一时刻的滤波数据，根据所述当前时刻的滤波系数和上一时刻的滤波数据对所述补偿音频信号进行所述可重构滤波处理并生成滤波后的音频信号。

3.根据权利要求2所述的均衡分频器电路，其特征在于，所述可重构滤波计算子单元为基于至少一个一阶滤波器和至少一个二阶滤波器自由组合的滤波器结构。

4.根据权利要求3所述的均衡分频器电路，其特征在于，所述可重构滤波通路单元还包括与所述可重构滤波计算子单元电性连接的级间缓存子单元以及与所述级间缓存子单元电性连接的后增益子单元；

所述级间缓存子单元用于相邻时刻的可重构滤波计算子单元之间的滤波输出数据的缓存与输出；

所述后增益子单元用于对级间缓存子单元的输出音频信号进行增益补偿处理。

5.根据权利要求2所述的均衡分频器电路，其特征在于，所述可重构滤波通路单元还包括与所述可重构滤波计算子单元电性连接的乘累加器子单元；

所述乘累加器子单元用于接收所述可重构滤波计算子单元发送的滤波系数和地址缓存以进行计算处理，并将对应的计算结果返回至所述可重构滤波计算子单元；

所述可重构滤波计算子单元用于根据所述计算结果和上一时刻的滤波数据对所述补偿音频信号进行可重构滤波处理并生成滤波后的音频信号。

6.根据权利要求5所述的均衡分频器电路，其特征在于，所述乘累加器子单元还与所述预增益控制子单元电性连接；

所述乘累加器子单元还用于生成溢出检测信号并发送至所述预增益控制子单元；

所述预增益控制子单元还用于根据所述溢出检测信号调节所述预设频率分量的增益补偿处理的大小。

7.根据权利要求2所述的均衡分频器电路，其特征在于，所述系数通路单元包括依次电性连接的系数配置子单元、地址转译子单元和存储重构子单元；

所述系数配置子单元用于在所述系统为所述系数配置状态时，根据所述系数和数据写入指令，接收外部输入的滤波器系数和滤波数据以生成相应的配置地址和配置数据，并发送至地址转译子单元；

所述地址转译子单元用于对所述配置地址和配置数据进行转译，以生成转译数据并发送至所述存储重构子单元；

所述存储重构子单元用于将所述转译数据写入到相应位置，并生成写入完成信号发送至所述控制通路单元。

8.根据权利要求2所述的均衡分频器电路，其特征在于，所述系数通路单元还用于在系统上电复位后进入空闲状态并进行初始化，且在所述初始化完成后生成初始化完成信号发送至所述控制通路单元；

所述控制通路单元用于根据所述初始化完成信号控制系统结束所述空闲状态并进入等待状态。

9.根据权利要求2所述的均衡分频器电路，其特征在于，所述预增益控制子单元用于在所述通道音频信号过零点时，对所述预设频率分量进行增益补偿处理。

10.一种终端设备，其特征在于，所述终端设备包括权利要求1至9任一项所述的均衡分频器电路。