CN1627635A - 信号压缩/扩张设备和移动通信终端 - Google Patents

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Abstract

一种信号压缩/扩张设备，具有频带分割电路、压缩/扩张电路和频带合成电路。频带分割电路将输入信号分割为多个频带。压缩/扩张电路根据输入信号的电平以预定增益来压缩/扩张输入信号。频带合成电路将经压缩/扩张后的多个输入信号相加。

Description

信号压缩/扩张设备和移动通信终端
技术领域
本发明涉及信号压缩/扩张设备，更具体地说，涉及用于根据输入信号电平以增益来控制输入信号的信号压缩/扩张设备，以及适用该信号压缩/扩张设备的移动通信终端。
背景技术
当语音信号和音频信号被放大器放大以输出到扬声器中时，动态范围是很重要的。当具有大幅度的信号被输入到放大器和扬声器中时，输出信号的波形严重失真。当收听具有这种失真波形的声音时，收听者会感到很不舒服。为了解决这样的问题，通常使用自动增益控制器(AGC)。在自动增益控制器中，当信号到达预定电平时，放大器的增益被减小。作为结果，放大器的有效动态范围更宽。应当注意，“动态范围”指的是信号/噪声比(S/N比，信噪比)具有预定值的电平和信号饱和的最大电平的比值。
具体地说，在例如蜂窝电话的移动通信终端中内建的扬声器具有比普通音频系统的扬声器小得多的尺寸，因此其动态范围和频率特性很差。此外，由于电源的限制，所以用于扬声器的放大器的动态范围很窄。因此，在内建于蜂窝电话的扬声器中，大的声音被失真，而声音的低频率区域缺少声压。从而，频率特性在高频范围有峰值。因此，自动增益控制器有效地加宽了动态范围。然而，在传统的自动增益控制器中，在输入信号频带的所有范围上执行自动增益控制(即，压缩处理)，从而形成了单一动态范围。
日本专利早期公开No.2001-308730公开了一种能够在宽频带上加宽A/D转换器动态范围的数字接收器。在该接收器中，宽频带上的接收信号被N个带通滤波器分割。此外，自动增益控制放大器放大接收信号，使得每个带通滤波器输出的最大信号电平等于A/D转换器的最大输入电平的1/N再加上经放大的接收信号。作为结果，被包括在接收信号中具有非常高电平的信号被抑制，而也包括在其中的具有非常低电平的信号被放大。数字接收器基于每个频带的信号电平，调整每个输入信号频带的放大比率，并形成动态范围。然而，即使将前述技术应用到显示出很差的动态范围和频率特性的蜂窝电话中，也很难从蜂窝电话的扬声器中获得优选的声音。
发明内容
本发明的信号压缩/扩张设备包括频带分割电路、压缩/扩张电路和频带合成电路。频带分割电路将输入信号分割为多个频带。压缩/扩张电路接收每个频带的输入信号并基于预定增益来控制输入信号的电平。至少一个压缩/扩张电路根据输入信号电平施加不同的增益到输入信号上。频带合成电路将来自各个压缩/扩张电路的输出信号相加。
本发明的移动通信终端包括声音电路、具有前述构造的信号压缩/扩张设备和用于将从可变增益放大电路输出的信号转换成声音的扬声器。
本发明的信号压缩/扩张设备根据放大器或音频系统的动态范围，以预定增益来控制被进行频带分割的每个信号的电平。因此，抑制失真的发生并从扬声器输出优选的声音是可能的。
附图说明
结合附图，从下面的具体实施方式中本发明的以上和其他的目的、特征和优点将变得清楚，在附图中：
图1是本发明实施例的信号压缩/扩张设备的方框图；
图2是示出了频带分割电路的频率特性的图；
图3A和3B是压缩/扩张电路的实施例的方框图；
图4A、4B、4C和4D是示出了压缩/扩张电路I/O特性的示例的图；
图5是示出了移动通信终端的实施例的方框图；以及
图6是本发明另一实施例的信号压缩/扩张设备的方框图。
具体实施方式
下面描述了本发明的信号压缩/扩张设备的优选实施例。参考图1，频带分割电路10通过输入端40接收信号，并将信号分割为N个频带。然后，频带分割电路10输出对应于各个频带的信号41、42、43、...和4N。压缩/扩张电路21、22、23、...和2N分别接收信号41、42、43、...和4N。各个压缩/扩张电路根据输入信号的电平来调整输入信号的电平，并输出信号。压缩/扩张电路能够拥有各自的固有I/O特性，并在基于各自的I/O特性压缩/扩张输入信号的电平之后输出信号。压缩可以指输入信号被以电平被抑制的状态输出。扩张可以指输入信号被以电平被提升的状态输出。频带合成电路30将从各个压缩/扩张电路21、22、23、...和2N输出的信号51、52、53、...和5N相加，并将加成结果输出到输出端50。输出端50连接到扬声器或用于驱动扬声器的放大器，所述扬声器在图1中未示出。
这里，在压缩/扩张电路21、22、23、...和2N内的至少一个电路中，被应用到低于预定电平(阈值)的输入信号的增益与被应用到高于该预定电平的另一输入信号的增益不同。也可以配置以常数增益压缩/扩张输入信号的压缩/扩张电路。注意“电平”不是指信号的瞬态值，而是指有效值或等于短时平均的值，例如功率或包络信号。压缩/扩张电路根据扬声器或用于驱动扬声器的放大器的动态范围，在各个频带不同地压缩/扩张信号电平。作为结果，抑制了从扬声器输出的声学信号失真的发生。
图2是图示了频带分割电路10的频率特性的示例的图。电路10将输入信号分割为包括频带F1、F2、...、FN-1和FN的N个频带，并输出信号。例如，电路10具有N个带通滤波器。
图3A和图3B示出了压缩/扩张电路的示例。压缩/扩张电路具有可变放大电路60和电平检测电路61。参考图3A，压缩/扩张电路具有前馈配置类型。信号4K被输入到可变放大电路60和电平检测电路61中。电平检测电路61监控输入信号4K的信号电平，并将该信号电平与预定阈值比较。其后，电平检测电路61将比较结果输出到可变放大电路60。可变放大电路60根据从电平检测电路61接收的信号改变其放大比率(即，增益)。比率的增大对应于输入信号的扩张，比率的减小对应于输入信号的压缩。或者，当比率小于1时，信号可被压缩。当比率大于1时，信号可被扩张。可变放大电路60将信号5K输出到频率合成电路30。参考图3B，压缩/扩张电路具有反馈配置类型。输入信号4K被输入到可变放大电路60中。电平检测电路61监控从可变放大电路60输出的信号5K的信号电平，并将监控结果输出到可变放大电路60。可变放大电路60根据从电平检测电路61输出的监控结果改变其放大比率(即，增益)。电平检测电路61能够将可变放大电路60的输出信号电平与预定阈值比较，并将比较结果输出到可变放大电路。或者，电平检测电路61能够将可变放大电路60的输出信号的检测电平输出到可变放大电路60。
下面示出了压缩/扩张电路I/O特性的示例。在图4A中，当输入信号电平超过阈值th0时，放大比率(即，增益)减小。当输入信号电平超过阈值th0时，输入信号电平可被压缩。在图4B中，放大比率不变，输出信号电平随输入信号电平线性变化。存在输入信号可以不被压缩/扩张的可能。在图4C中，当输入信号电平超过阈值th1时，放大比率增大。或者，当输入信号电平等于或小于阈值th1时，存在输出信号电平可以被压缩的可能。当输入信号电平等于或大于阈值th1时，存在输出信号电平可以不被压缩/扩张的可能。在图4D中，当输入信号电平超过阈值th2时，放大比率减小。当输入信号电平等于或小于阈值th2时，存在输入信号电平可以被扩张的可能。当输入信号电平超过阈值th2时，存在输入信号电平可以被压缩的可能。压缩/扩张电路可以有多个阈值。
图5示出了加载有前述信号压缩/扩张设备的移动通信终端的示例。移动通信终端5包括声音源电路2、信号压缩/扩张设备1、放大电路3和扬声器4。声音源电路2产生例如呼入呼叫声音(例如，呼入呼叫音调)的声音源信号。来自声音源电路2的输出信号被输入到信号压缩/扩张设备1中，并取决于各个频带而被压缩/扩张。放大电路3放大经压缩/扩张的信号来驱动扬声器4。注意如果信号压缩/扩张设备1的输出信号电平足够驱动扬声器4，则不需要提供放大电路3。
图6示出了本发明的信号压缩/扩张设备的另一示例。频带分割电路10将输入信号分割为三个频带。对应于低频带F1的压缩/扩张电路21具有如图4D所示的I/O特性。该压缩/扩张电路21为了在低频带补偿扬声器的声压，以高放大比率扩张输入信号。执行该操作的另一原因是因为人们很难收听低音量的低频信号。对应于中频带F2的压缩/扩张电路22具有如图4A所示的I/O特性。在该I/O特性中，阈值th4被设置在大输入电平(即，th4＞th3)的区域。由于失真发生在高输入信号电平的区域，因此期望获得压缩特性。对应于高频带F3的压缩/扩张电路23具有如图4A所示的I/O特性。然而，由于高频带有时会有峰值，因此阈值th5被设置在低输入电平的区域。当输入信号电平变高时，高频声音被突出。为了防止该现象，压缩特性是更优选的。另外，压缩/扩张电路的放大比率可被设置为低值，使得等于或小于阈值th5的输出电平为低。
信号压缩/扩张设备可被配置为处理模拟信号的设备。此外，信号压缩/扩张设备可由数字信号处理设备实现。例如，频带分割电路10由Fourier变换电路实现，频带合成电路30由逆Fourier变换电路实现。从而，通过数字信号处理来执行压缩/扩张电路21、22、23、...和2N的操作是可能的。
尽管结合某些优选实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明所包含的主题并不限于那些具体实施例。相反，在权利要求的精神和范围内包括所有可被包括的替换、修改和等同物。

Claims (10)

1.一种信号压缩/扩张设备，包括：
频带分割电路，用于将输入信号分割为多个频带；
压缩/扩张电路，用于接收预定频带的所述输入信号并基于预定增益来控制所述输入信号的电平；以及
频带合成电路，用于将从所述各个压缩/扩张电路输出的信号相加，
其中，至少一个压缩/扩张电路基于所述输入信号的电平而向所述输入信号施加不同的增益。
2.如权利要求1所述的信号压缩/扩张设备，其中，在至少一个压缩/扩张电路中，被施加到具有预定电平或更大电平的输入信号上的增益小于被施加到具有低于所述预定电平的电平的输入信号上的增益。
3.如权利要求1所述的信号压缩/扩张设备，其中，在至少一个压缩/扩张电路中，被施加到具有预定电平或更大电平的输入信号上的增益大于被施加到具有低于所述预定电平的电平的输入信号上的增益。
4.如权利要求1所述的信号压缩/扩张设备，
其中，至少一个压缩/扩张电路包括可变放大电路和电平检测电路，
所述电平检测电路接收从所述频带分割电路输出的信号，并将所接收的信号与预定电平相比较，从而将比较结果输出到所述可变放大电路，以及
所述可变放大电路接收从所述频带分割电路输出的所述信号，并根据所述比较结果以预定增益来控制所述信号的电平，从而输出所述信号。
5.如权利要求1所述的信号压缩/扩张设备，
其中，至少一个压缩/扩张电路包括可变放大电路和电平检测电路，
所述可变放大电路接收从所述频带分割电路输出的信号，并基于从所述电平检测电路接收的信号以预定增益来控制所接收的信号的电平，从而输出所述信号，以及
所述电平检测电路接收从所述压缩/扩张电路输出的信号，并将预定信号传输到所述压缩/扩张电路。
6.如权利要求2所述的信号压缩/扩张设备，其中，所述预定电平不同于在至少一个其他的压缩/扩张电路中的电平。
7.如权利要求3所述的信号压缩/扩张设备，其中，所述预定电平不同于在至少一个其他的压缩/扩张电路中的电平。
8.如权利要求2所述的信号压缩/扩张设备，其中，具有所述预定电平或更大电平的所述输入信号被压缩以进行输出。
9.如权利要求2所述的信号压缩/扩张设备，其中，具有低于所述预定电平的电平的所述输入信号被扩张以进行输出。
10.一种移动通信终端，包括：
声音源电路；
信号压缩/扩张设备，用于基于预定增益来控制从所述声音源电路输出的信号电平；以及
扬声器，用于将从所述信号压缩/扩张设备输出的信号转换成声音，
其中，所述信号压缩/扩张设备包括：频带分割电路，用于将输入信号分割为多个频带；压缩/扩张电路，用于接收从所述预定频带分割电路输出的信号并以预定增益来控制所述信号的电平；和频带合成电路，用于将来自所述各个压缩/扩张电路的输出信号相加，并且，
其中，至少一个压缩/扩张电路根据所述输入信号的电平施加不同的增益。
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