CN1552057A - 产生周期信号的子谐波的方法和电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于产生周期信号(100)的子谐波的方法和电路(500)。产生周期信号的子谐波的传统方法，例如用于音频信号的低音增强，会产生显著的赝象。这会影响音频信号的音质、音色。本发明提出一种产生周期信号(100)的子谐波的方法，将其与原始音频信号相加可产生具有低音增强效果的更为自然的音频信号。在本发明的第一实施例中，当信号幅度大于第二预定电平时，在该信号的每隔一个周期(116)中，将信号(100)限幅在第一预定电平(a)。在本发明的第二实施例中，假设信号电平超过第一预定电平，则在每一个周期(115)内将信号限幅在第二电平(a)，在每隔一个周期(116)内将信号限幅在第三电平(b)。

Description

产生周期信号的子谐波的方法和电路

技术领域

本发明涉及一种产生周期信号的至少一个子谐波的方法。

本发明还涉及一种产生周期信号的至少一个子谐波的电路。

本发明还涉及一种再现音频信号的装置，该装置包括用于产生周期信号的至少一个子谐波的电路。

本发明还涉及一种记录载体，该记录载体包括可以由处理器执行的指令，且这些指令可以使处理器产生周期信号的至少一个子谐波。

背景技术

US3535969中公开这种方法的一个实施例。该文件揭露了一种电路，用于处理乐器的电子音调，该电路根据一周期输入信号产生一周期输出信号，该周期输出信号的频率是输入信号频率的一半或四分之一。

该公知方法的缺点在于产生的输出信号具有不需要的赝象。这会影响所处理的声音信号的质量。

发明内容

本发明的一个目的是至少消除该不需要的赝象的一部分。

根据本发明，该目的可以这样实现，即如果该信号的幅度大于预定电平，则只产生子谐波。

通过只产生该信号的较强部分的子谐波，而不产生该信号的较弱部分，可以防止当在例如低音增强操作中使用本发明时，增强后的信号滞后太长。

根据本发明的方法的实施例特征在于在偶数周期内将该信号限幅在第一电平，在奇数周期内将该信号限幅在第二电平。

本实施例的优点在于由于可以自由选择两个变量，因此对于具有不同强度的信号，可以选择涉及低音增强的不同属性。

根据本发明的方法的实施例其特征在于该方法包括这样一个步骤，即如果周期信号的幅度大于预定的另一电平，则产生子谐波的高次谐波。

该实施例的优点在于发现当在低次谐波产生期间，还产生低次谐波的高次谐波时，通过扩频实现的音频信号低音增强可以产生更好的效果。

根据本发明的电路特征在于当该信号的幅度大于预定电平时，该电路可用于只产生该信号的子谐波。

本发明的装置特征在于该装置包括本发明的电路。

本发明的记录载体包括可由本发明处理器执行的指令，其特征在于该指令可使处理器执行本发明的方法。

本发明的这些和其它方面将从下面结合实施例的详细说明中变得明显。

在附图中：

图1示出四个信号，用于说明本发明方法的实施例；

图2示出四个信号，用于说明本发明方法的另一实施例；

图3示出四个信号，用于说明本发明方法的另一实施例；

图4示出四个信号，用于说明本发明方法的另一实施例；

图5示出根据本发明的电路的实施例；

图6示出根据本发明的电路的另一实施例；

图7示出使用本发明的电路；

图8示出根据本发明的装置的一个实施例；

图9示出根据本发明包括可由处理器执行的指令的纪录载体的一个实施例，以及包括该处理器的计算机的图形表示。

图1A示出周期为T[s]且频率为1/T[Hz]的原始周期信号100。图1B、1C和1D示出根据本发明的方法的实施例。

图1B示出如果该原始周期信号100的幅度大于预定的第一电平a，则产生该原始周期信号100的低次谐波的方法的实施例。根据该实施例，在第一周期115期间将该原始周期信号限幅在预定第一电平a，在第二周期116期间将其限幅在预定第二电平b。这样，就可以获得第一子谐波信号110，其频率为原始周期信号100频率的一半。另外，在根据本发明的方法的该实施例中，可以产生第一子谐波信号110的高次谐波。关系式(1)中给出了不同谐波的幅度值，在该关系式(1)中，a1为所产生的子谐波的幅度。当建立幅度关系式(1)时，利用矩形波形来近似该第一处理后信号110的波形，该矩形波形在第一周期115期间具有预定的第一电平a且在第二周期116期间具有预定的第二电平b。因此关系式只是一种近似。

在根据本发明的方法的最佳实施例中，通过计算信号(100)的过零数目来判断信号是否必须被限幅。例如，每隔一次过零，该第一处理后信号110的限幅电平就变化一次。在本发明方法的另一实施例中，每隔二次、三次或更多次过零，信号的限幅电平才改变一次。

图1C示出如果原始周期信号的幅度小于预定的第一电平a并大于预定的第二电平b，产生原始周期信号100的一周期信号的方法的另一实施例，该周期信号的频率是原始周期信号100的频率的一半。根据该实施例，该原始周期信号在第一周期115期间没有被限幅而在第二周期116期间被限幅在第二预定电平b。这样，就可以得到第二子谐波信号120，其频率为原始周期信号100的一半。另外，在本方法的该实施例中，可以产生第一处理后信号120的高次谐波。

但是，第二子谐波信号120的高次谐波和第二子谐波信号120的基波之间的比率小于第一被处理信号110的高次谐波和第一被处理信号110的基波之间的比率。这样的优点在于，如果将本方法用于低音增强，则所产生的声音听起来会比当具有不同幅度的信号具有相同的高次谐波和基波之间的比率的情况更为自然。

图1D示出幅度小于第二预定电平b的周期信号130。由于周期信号130的幅度小于第二预定电平b，因此不会产生周期信号130的子谐波。

图2A示出周期为T[s]且频率为1/T[Hz]的原始周期信号200。该原始周期信号200的幅度大于预定第一电平a。图2B、2C和2D示出用于说明根据本发明方法的其他实施例的不同波形。

图2B示出由实线表示的第一处理后信号210，它是根据参照图1B所描述的方法实施例，通过处理原始周期信号200而获得的。图2C示出由实线表示的第二处理后信号220，它是利用相似方法获得的，其中用在预定第二电平b限幅来替换在预定第一电平a限幅，反之亦然。还可以通过将第一处理后信号210延时T[s]的时间长度，从而根据第一处理后信号210得到该第二处理后信号220。但是，本实施例具有很多缺陷。其中最大的问题就是时间长度T[s]预先是未知的。为了获得该时间长度T可能会有很多麻烦。该时间长度T还是一个时间变量，它需要一随时间变化的延迟。

随后，根据本发明方法的该实施例，从第二处理后信号220中减去第一处理后信号210。这样，就得到了由实线表示的第三处理后信号230。该第三处理后信号230具有一基波，其频率为原始周期信号200的基波频率的一半。与参照图1说明的方法相比，子谐波和该子谐波的奇次谐波相对要比该子谐波的偶次谐波要强。这可以根据关系式(1)来检查。这对于最终结果具有有利影响。

图3和4示出不同波形，来说明对于一个原始周期信号，如果原始周期信号的幅度小于预定第一电平a而大于预定第二电平b(图3)且如果原始周期信号的幅度小于预定的第二电平b(图4，分别地)时，根据本发明的方法的相同实施例。

图3A示出周期为时间长度T[s]且频率为1/T[Hz]的原始周期信号300。该原始周期信号300的幅度小于预定第一电平a并大于预定第二电平b。

图3B示出由实线表示的第一处理后信号310，它是根据参照图1所描述的方法实施例，通过处理原始周期信号300而获得的。图3C示出由实线表示的第二处理后信号320，它是利用相似方法获得的，其中用在预定第二电平b限幅来替换在预定第一电平a限幅，反之亦然。还可以通过将第一处理后信号310延时T[s]的时间长度，从而根据第一处理后信号310得到该第二处理后信号320。随后，根据本发明方法的该实施例，从第二处理后信号320中减去第一处理后信号310。这样，就得到了由实线表示的第三处理后信号330。该第三处理后信号330具有一基波，其频率为原始周期信号300的基波频率的一半。

图4A示出周期为时间长度T[s]且频率为1/T[Hz]的原始周期信号400。该原始周期信号400的幅度小于预定第二电平b。

图4B示出由实线表示的第一处理后信号410，它是根据参照图1所描述的方法实施例，通过处理原始周期信号400而获得的。由于原始周期信号的幅度小于第二预定电平，因此第一处理后信号等于该原始周期信号400。这也同样适用于第二处理后信号420。随后，根据本发明方法的该实施例，从第二处理后信号420中减去第一处理后信号410。这样，就得到了由实线表示的第三处理后信号430。由于第一处理后信号410和第二处理后信号420相等，因此第三处理后信号430等于0。

在本发明的当前实施例中，第一处理后信号410和第二处理后信号430的幅度相等。在本发明的另一实施例中，将这两个信号中至少一个放大或衰减，从而使第三处理后信号430不等于0。

在根据本发明的当前实施例中，信号幅度的阈值，即必须进行限幅的信号幅度，等于该限幅电平。但是，这些值也可能并不相对应。在此情况下，如果幅度大于第二预定电平，则信号在第一预定电平被限幅。在本发明的另一实施例中，必须被限幅的信号幅度阈值和发生限幅时的电平都是可调节的。

在本发明的另一实施例中，不同电平的值是根据原始周期信号(100)的幅度得到的。当原始周期信号不包括DC分量时，所述方法工作最好。因此推荐在处理该信号之前从信号中去除可能的DC分量。

图5示出一电路500，作为执行根据本发明图1所表示的方法的电路实施例。该电路500包括一幅度检测器505、限幅装置510、过零检测器520和计数装置530。将原始周期信号施加到电路500的输入端501。在过零检测器520中，通过本身公知的方法，可以检测到处于过零处的信号。在施加到输入端501的原始周期信号中存在过零的情况下，过零检测器520向计数装置530提供一信号。该计数装置530用于向该限幅装置510指示施加到输入端501上的原始周期信号是否应当被限幅。这可在每隔一次过零之后或者每隔二次、三次、四次或更多过零之后实现。在另一实施例中，计数装置530向限幅装置510指示必须将该原始周期信号限幅在哪个电平。原始周期信号的幅度是在幅度计量器505中测量到的。另外，根据所测量到的幅度可以判断原始周期信号是否必须被限幅。可选择的对象还有供应信道(supply channel)，通过它可以调节原始周期信号必须被限幅的限幅电平和/或阈值。这样，就可以利用电路500来指示周期信号的每个周期是否必须对信号进行限幅以及在哪个电平来对信号进行限幅。

图6示出用于执行参照图2A-4D描述的方法的电路的另一实施例。该电路600包括一第一谐波产生器610、一第二谐波产生器620和减法装置630。第一谐波产生器610和第二谐波产生器620的操作已经根据图2进行了说明。如果通过电路600的输入端601向该第一谐波产生器610和第二谐波产生器620提供了原始周期信号200，则第一谐波产生器610产生第一处理后信号210，第二谐波产生器620产生第二处理后信号220。该减法装置630用于在第二谐波产生器620的输出信号中减去第一谐波产生器610的输出信号。从第二谐波产生器620的输出信号中减去第一谐波产生器610的输出信号，反之亦然。这并不脱离本发明的范围。在根据本发明的电路的另一实施例中，电路600还包括用于使第一谐波产生器610和第二谐波产生器620同步的同步装置640。

图7示出使用本发明的电路700。该电路700包括一低通滤波器710、一谐波产生器720、一带通滤波器730和加法装置740。输入信号701被施加到电路700的输入端。在所示实施例中，低通滤波器730仅能通过输入信号701中高至120Hz的频率。向谐振产生器720施加第一中间信号702，该第一中间信号702包括最多为输入信号701的120Hz的频率。对于本领域技术人员来说很明显所述频率仅是几个例子，还可以选择不同的值。这并不脱离本发明的范围。谐波产生器720通过本发明的方法，产生该中间信号702中的谐波的低次和高次谐波。该谐波产生器720产生第二中间信号703，并将该第二中间信号施加到带通滤波器730。该带通滤波器730用于从第二中间信号中去除不想要的谐波。这些谐波可能是引入有电路700的系统不能再现的低次谐波。但是该带通滤波器730也可这样使用，即通过带通滤波器730的第二中间信号的谐波是可调节的。在带通滤波器730的输出端，向加法装置740施加第三中间信号740。该加法装置740将第三中间信号与输入信号701相加。这样，电路700就可以产生一输出信号705。该电路700可用于EP0240286中所描述的应用。

对于本领域技术人员来说，很明显本发明的电路可以是数字和模拟的。

在根据本发明的电路的另一实施例中，电路700包括另一带通滤波器，用来替换低通滤波器710。该另一带通滤波器最好可以通过频率为40Hz和120Hz之间的信号分量。

电路700的带通滤波器730可以是有源滤波器。如果是这种情况，该有源滤波器还可以利用一无源滤波器和放大器装置(未示出)串联来形成。该实施例是最佳的。放大器装置的放大最好是可控制的。这种控制可通过根据输出信号进行放大来实现。

电路700的下半分支中的处理会使信号延迟。为了保证电路700上半分支中的原始信号也同样被延迟，在根据本发明的另一实施例中，在电路上半分支中加入一延迟元件(未示出)。本领与技术人员很容易计算电路700的下半分支中的延迟。

图8示出根据本发明用于再现音频信号的装置的实施例。根据本发明，该装置包括输入装置801、输出装置802和一包括电路805的系统803。该输入装置的可能实施例是：RF天线、SACD、DVD、CD、具有例如MP3文件的CD-ROM、盒式磁带、聚乙烯唱片或一装置的电或光输出信号，该装置用于将记录载体上的信息转换为光或电信号。但是，如本领域技术人员所知，这些列举并不是限制性的。输出装置的可能实施例是CD转盘(turner)、一电信号或一RF信号。但是，本领域技术人员也应当知道这些列举并不是限制性的。

图9示出作为本发明记录载体一个实施例的软磁盘910，该软磁盘包括可由处理器执行的指令并可使处理器执行本发明的方法。该记录载体910可用于计算机920中。该计算机920可以是个人计算机，但也可能是例如个人数字助理或UNIX工作站。计算机920包括与处理器922连接的软盘站(diskette station)921。该处理器922还与一信号处理电路923连接，该信号处理电路923具有一输入端924和一输出端925。该软盘站921用于从软盘910中读出信息，并将其输入给处理器922。该信息包括可由处理器922执行的指令且该指令可使处理器922根据本发明的方法通过信号处理电路923来处理一输入信号，该输入信号被输入到信号处理电路923的输入端924。随后通过信号处理电路923的输出端925将处理后的信号输出到扬声器930以实现再现。

在所示的实施例中，本发明的记录载体是软盘910。但是该记录载体910还可以是CD-ROM或闪存卡以及与WAN例如英特网连接的大容量存储装置。本发明记录载体的其他实施例也是可能的，而且不会脱离本发明范围。

在本发明说明书中，将被处理的信号被表示为周期信号。但是在本发明的方法和电路应用中，将被处理的信号还可以是例如音乐或语音。这类信号通常被限定为准周期的。虽然他们通常不是纯周期信号，但是对本领域技术人员来说，很明显原始周期信号100(图1)也可以是例如音乐或语音信号。

总之，本发明涉及一种用于产生周期信号(100)的子谐波的方法和电路(500)。产生周期信号的子谐波的传统方法，例如用于音频信号的低音增强，会产生显著的赝象。这会影响音频信号的音质、音色。本发明提出一种产生周期信号(100)的子谐波的方法，将其与原始音频信号相加可产生具有低音增强效果的更为自然的音频信号。在本发明的第一实施例中，当信号幅度大于第二预定电平时，在该信号的每隔一个周期(116)中，将信号(100)限幅在第一预定电平(a)。在本发明的第二实施例中，假设信号电平超过第一预定电平，则在每一个周期(115)内将信号限幅在第二电平(a)，在每隔一个周期(116)内将信号限幅在第三电平(b)。

Claims (11)

1.一种产生实质周期信号(100)的子谐波的方法，其特征在于如果该信号(100)的幅度大于预定第一电平，则只产生子谐波。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于在每隔一个周期将信号限幅在第二预定电平(a)。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于在奇数周期(115)内将该信号(100)限幅在第二电平(a)，在偶数周期(116)内将该信号(100)限幅在第一电平(b)。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

在奇数周期(115)内将该周期信号(100)限幅在第二预定电平(a)，在偶数周期(116)内将该周期信号限幅在第三预定电平(b)，从而产生第二信号(210)；

在奇数周期(115)内将该周期信号(100)限幅在第三预定电平(b)，在偶数周期(116)内将该周期信号限幅在第二预定电平(a)，从而产生第二信号(220)；

从第三信号(220)中减去第二信号(210)。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于该方法包括下面步骤中的至少一个：

第二信号(210)缩放为预定值；

第三信号(220)缩放为预定值。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于本方法包括这样的步骤：如果周期信号的幅度大于预定的另一电平，则产生子谐波的高次谐波。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于可调节该第一预定电平。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于根据信号(100)的幅度来调节第一预定电平。

9.一种用于产生信号的至少一个子谐波的电路(500)，其特征在于当该信号的幅度大于预定电平时，该电路可用于只产生该信号的子谐波。

10.一种用于再现音频信号(810)的装置，其特征在于该装置包括如权利要求9所述的电路(500)。

11.一种记录载体(910)，包括可由处理器执行的指令，其特征在于该指令可使处理器执行如权利要求1所述的方法。

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