TWI429301B - 音量控制裝置與方法 - Google Patents

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Description

音量控制裝置與方法
本案係為一種音量控制裝置與方法，尤指應用於一電視晶片上的一種音量控制裝置與方法。
使用者觀賞電視節目時，當進行節目頻道切換、信號來源切換(例如由類比電視切換到數位電視)或是節目內容本身切換成廣告等類似之影音內容切換過程時，使用者很可能因為突如其來之音量變化而產生不適，例如節目進廣告後音量通常會變大，因此常常見到使用者需要不斷利用遙控器來調整音量。
而為能改善上述問題，廠商便發展出許多智慧型音量控制機制來自動監控電視機的音量，用以消除音量變化所造成之不適感且省去手動的麻煩。但是，過於抑制音量變化也會造成聲音品質與動態反應能力的下降。因此，如何在保有聲音品質與動態反應的要求下，還能改善上述問題，便為各家電視晶片廠商所欲達到的目標。
本案揭示一種音量控制裝置，用以將一原始聲音信號縮放至一聽者事先預設之一目標音量，其包含：一自動增益控制器，用以對所接收到之該原始聲音信號進行能量之縮放，進而輸出逐步收斂至該目標音量之一自動增益聲音信號；以及一等響度控制器，電連接於該自動增益控制器，用以根據該目標音量而對應出一響度曲線來對該自動增益聲音信號進行補償，進而輸出一補償後聲音信號。
根據上述構想，本案所述之等響度控制器可根據準位不同之目標音量而對應出複數條響度曲線，而在一特定頻率區段附近，該些響度曲線之增益值係具有實質相同之數值，而在該特定頻率區段外之高頻段與低頻段，則對增益值有不同幅度的增加。
根據上述構想，本案所述之音量控制裝置，其中上述之等響度控制器係為一可設定雙二階無限脈衝響應濾波器，藉由對其參數之設定，用以於複數條特性不同的響度曲線中選出該響度曲線。
根據上述構想，本案所述之音量控制裝置，其中該自動增益控制器包含：一輸入端乘法器，其係根據一增益值來對該原始聲音信號進行能量之縮放，進而輸出該自動增益聲音信號至該等響度控制器；一準位偵測器，電連接於該輸入端乘法器，其係對輸出之自動增益聲音信號的準位進行偵測而輸出一聲音準位值；一目標準位比較器，電連接於該準位偵測器，其係根據該目標音量與該聲音準位值來進行相減而得到一個第一差值；以及一增益值產生器，電連接於該目標準位比較器與該輸入端乘法器，用以產生該增益值，該增益值產生器根據該第一差值對該增益值進行增加或減少的動作。
根據上述構想，本案所述之音量控制裝置，其中該增益值產生器包含：一乘法器，電連接於該目標準位比較器，用以將該目標準位比較器輸出之該第一差值與該增益值相乘後得到一第一乘積值；一第一正負值判斷模組，電連接於該乘法器，其係因應該第一乘積值之正負來發出一選擇信號；一增益時序控制器，電連接於該第一正負值判斷模組，其係因應該選擇信號來選用相對應之一增加曲線來產生一增量；一加法器，電連接於該增益時序控制器與該輸入端乘法器，用以將該增量與回授之該增益值相加後更新該增益值；以及一分貝/純量轉換器，用以將該增益值的單位轉換成一純量，再予以輸出至該輸入端乘法器。
根據上述構想，本案所述之音量控制裝置，其中該增益值產生器更包含一限制器，電連接於該加法器與該分貝/純量轉換器之間，用以將該增益值限制在一最大值之下。
根據上述構想，本案所述之音量控制裝置，其中該自動增益控制器包含：一輸入端乘法器，其係根據一增益值來對該原始聲音信號進行能量之縮放，進而輸出該自動增益聲音信號至該等響度控制器；一準位偵測器，電連接於該輸入端乘法器，其係對輸出之自動增益聲音信號的準位進行偵測而輸出一聲音準位值；一目標準位比較器，電連接於該準位偵測器，其係根據該目標音量與該聲音準位值來進行相減而得到一第一差值；一增益值產生器，電連接於該目標準位比較器與該輸入端乘法器，其係根據該第一差值來將其輸出之該增益值進行增加或減少的動作；以及一噪音偵測器，電連接於該準位偵測器及該增益值產生器，其係將該準位偵測器輸出之聲音準位值與一噪音準位值及該增益值相減而得到一第二差值，而當該第二差值處於負值達到該預設時間長度後，將該增益值產生器輸出之該增益值歸零。
根據上述構想，本案所述之音量控制裝置，其中該增益值產生器包含：一多工器，電連接於該噪音偵測器與該目標準位比較器，用以受該噪音偵測器之控制而從該第一差值與該增益值之倒數中擇一輸出；一乘法器，電連接於該多工器，用以將該多工器之輸出與該增益值相乘後得到一第一乘積值；一第一正負值判斷模組，電連接於該乘法器，其係因應該第一乘積值之正負來發出一選擇信號；一增益時序控制器，電連接於該第一正負值判斷模組，其係因應該選擇信號來選用相對應之一增加曲線來產生一增量；一加法器，電連接於該增益時序控制器與該輸入端乘法器，用以將該增量與回授之該增益值相加後更新該增益值；以及一分貝/純量轉換器，用以將該增益值的單位轉換成一純量，再予以輸出至該輸入端乘法器。
根據上述構想，本案所述之音量控制裝置，其中該增益值產生器更包含一限制器，電連接於該加法器與該分貝/純量轉換器之間，用以將該增益值限制在一最大值之下。
根據上述構想，本案所述之音量控制裝置，其中該準位偵測器包含：一高頻濾波器，電連接於該輸入端乘法器，用以除去該自動增益聲音信號中之直流成份以及重低音部份；一絕對值單元，電連接於該高頻濾波器，用以將該自動增益聲音信號中之交流信號的負數成份轉正；一低通濾波器，電連接於該絕對值單元，用以求出與該自動增益聲音信號之能量平均值相關的該聲音準位值；以及一分貝單位轉換器，電連接於該低通濾波器與該目標準位比較器，利用查表來將該聲音準位值之單位轉成分貝後輸出至該目標準位比較器。
根據上述構想，本案所述之音量控制裝置，其中該自動增益控制器包含：一可程式延遲裝置，其係用以將該原始聲音信號進行一預定時間的延遲；一輸入端乘法器，電連接於該可程式延遲裝置，其係根據一增益值來對經過該預定時間延遲的該原始聲音信號進行能量之縮放，進而輸出該自動增益聲音信號至該等響度控制器；一準位偵測器，其係對該原始聲音信號的準位進行偵測而輸出一聲音準位值；一目標準位比較器，電連接於該準位偵測器，其係根據該目標音量與該聲音準位值來進行相減而得到一個第一差值；以及一增益值產生器，電連接於該目標準位比較器與該輸入端乘法器，用以產生該增益值，該增益值產生器根據該第一差值對該增益值進行增加或減少的動作。
根據上述構想，本案所述之音量控制裝置，其中該自動增益控制器包含：一可程式延遲裝置，其係用以將該原始聲音信號進行一預定時間的延遲；一輸入端乘法器，電連接於該可程式延遲裝置，其係根據一增益值來對經過該預定時間延遲的該原始聲音信號進行能量之縮放，進而輸出該自動增益聲音信號至該等響度控制器；一準位偵測器，其係對該原始聲音信號的準位進行偵測而輸出一聲音準位值；一目標準位比較器，電連接於該準位偵測器，其係根據該目標音量與該聲音準位值來進行相減而得到一個第一差值；一增益值產生器，電連接於該目標準位比較器與該輸入端乘法器，用以產生該增益值，該增益值產生器根據該第一差值對該增益值進行增加或減少的動作；以及一噪音偵測器，電連接於該準位偵測器及該增益值產生器，其係將該準位偵測器輸出之聲音準位值與一噪音準位值及該增益值相減而得到一第二差值，而當該第二差值處於負值達到該預設時間長度後，將該增益值產生器輸出之該增益值歸零。
本案之另一方面係為一種音量控制方法，用以將一原始聲音信號縮放至一聽者事先預設之一目標音量，其包含下列步驟：接收該原始聲音信號；根據該目標音量將該原始聲音信號進行能量之縮放，進而輸出逐步收斂至該目標音量之一自動增益聲音信號；以及根據該目標音量而對應出一響度曲線來對該自動增益聲音信號進行補償，以輸出一補償後聲音信號。
根據上述構想，本案所述之音量控制方法，其中根據準位不同之該目標音量而從複數條響度曲線中對應出該響度曲線，而在一特定頻率區段附近，該些響度曲線之增益值係具有實質相同之數值，而在該特定頻率區段外之高頻段與低頻段，則對增益值有不同幅度的增加。
根據上述構想，本案所述之音量控制方法，其中根據該目標音量來對該原始聲音信號進行能量之縮放之方法包含下列步驟：根據一增益值來對該原始聲音信號進行能量之縮放，進而輸出該自動增益聲音信號；對該自動增益聲音信號的準位進行偵測而輸出一聲音準位值；根據該目標音量與該聲音準位值來進行相減而得到一個第一差值；以及根據該第一差值將該增益值進行增加或減少的動作。
根據上述構想，本案所述之音量控制方法，其中根據該第一差值將該增益值進行增加或減少的動作包含下列步驟：將該第一差值與該增益值相乘後得到一第一乘積值；因應該第一乘積值之正負來發出一選擇信號；因應該選擇信號來選用相對應之一增加曲線來產生一增量；以及將該增量與回授之該增益值相加後更新該增益值再予以輸出。
根據上述構想，本案所述之音量控制方法，其中將該增量與回授之該增益值相加後再予以輸出之該增益值限制在一最大值之下。
根據上述構想，本案所述之音量控制方法，其中根據該目標音量來對該原始聲音信號進行能量之縮放之方法包含下列步驟：根據一增益值來對該原始聲音信號進行能量之縮放，進而輸出該自動增益聲音信號；對輸出之自動增益聲音信號的準位進行偵測而輸出一聲音準位值；根據該目標音量與該聲音準位值來進行相減而得到一第一差值；根據該第一差值來將其輸出之該增益值進行增加或減少的動作；以及將該聲音準位值與一噪音準位值及該增益值相減而得到一第二差值，而當該第二差值處於負值達到一預設時間長度後，用以將該增益值歸零。
根據上述構想，本案所述之音量控制方法，其中根據該第一差值來將其輸出之該增益值進行增加或減少的動作包含下列步驟：因應該第二差值之變化而從該第一差值與該增益值之倒數中擇一輸出；將該第一差值或該增益值之倒數中之一數值與該增益值相乘後得到一第一乘積值；因應該第一乘積值之正負來發出一選擇信號；因應該選擇信號來選用相對應之一增加曲線來產生一增量；以及將該增量與回授之該增益值相加後更新該增益值再予以輸出。
根據上述構想，本案所述之音量控制方法，其中將該增量與回授之該增益值相加後再予以輸出之該增益值限制在一最大值之下。
根據上述構想，本案所述之音量控制方法，其中對輸出之自動增益聲音信號的準位進行偵測之方法包含下列步驟：除去該自動增益聲音信號中之直流成份以及重低音部份；將該自動增益聲音信號中之交流信號的負數成份轉正；求出與該自動增益聲音信號之能量相關的該聲音準位值；以及利用查表來將該聲音準位值之單位轉成分貝後輸出。
根據上述構想，本案所述之音量控制方法，其中根據該第一差值來將其輸出之該增益值進行增加或減少的動作更包含將該增益值轉換成一純量，再予以輸出。
根據上述構想，本案所述之音量控制方法，其中根據該目標音量來對該原始聲音信號進行能量之縮放之方法包含下列步驟：將該原始聲音信號進行一預定時間的延遲；根據一增益值來對經過該預定時間延遲之該原始聲音信號進行能量之縮放，進而輸出該自動增益聲音信號；對該原始聲音信號的準位進行偵測而輸出一聲音準位值；根據該目標音量與該聲音準位值來進行相減而得到一個第一差值；以及根據該第一差值將該增益值進行增加或減少的動作。
根據上述構想，本案所述之音量控制方法，其中根據該目標音量來對該原始聲音信號進行能量之縮放之方法包含下列步驟：將該原始聲音信號進行一預定時間的延遲；根據一增益值來對經過該預定時間延遲之該原始聲音信號進行能量之縮放，進而輸出該自動增益聲音信號；對該原始聲音信號的準位進行偵測而輸出一聲音準位值；根據該目標音量與該聲音準位值來進行相減而得到一個第一差值；根據該第一差值將該增益值進行增加或減少的動作；以及將該聲音準位值與一噪音準位值及該增益值相減而得到一第二差值，而當該第二差值處於負值達到一預設時間長度後，用以將該增益值歸零。
請參見第一圖，其係本案為改善習用技術手段缺失所發展出一智慧型音量控制裝置1之功能方塊示意圖，其中自動增益控制器(Automatic Gain Control，簡稱AGC)10接收一原始聲音信號，並根據一增益值來對該原始聲音信號進行能量(或波形振幅)之縮放，進而輸出一自動增益聲音信號，而加諸於該原始聲音信號之該增益值係因應著該原始聲音信號之能量(或波形振幅)隨時間的變化而有所改變，進而用以將該自動增益聲音信號之音量進行修正，進而能逐步收斂至可由聽者事先預設之一目標音量，用以消除因頻道切換或是轉換至廣告片段所導致音量劇烈變化所造成之不適感。於此實施例中，自動增益控制器10之輸出端設有一等響度控制器(equal loudness controller)11，用以根據聽者事先預設之目標音量而對應出不同的響度曲線來對該自動增益聲音信號再進行一次補償微調，進而輸出一補償後聲音信號。
根據不同目標音量的設定，等響度控制器11提供如第二圖(a)所示之多條響度曲線來對自動增益控制器10輸出之該自動增益聲音信號來進行微調，例如圖中所示之四條曲線，其係表示出不同目標音量所對應出之響度曲線，其中橫軸表示出聲音頻率，而縱軸表示出以相對分貝(dBr)為單位之增益值，由圖中可清楚看出，在人耳相對敏感之1KHz區段，四條曲線之增益值都控制在-20dBr，但是在1KHz區段外之高頻段與低頻段，則對增益值有不同幅度的增加。主要是因為在高頻段與低頻段之聲音，人耳較不敏感，因此若是都只由自動增益控制器10一視同仁對所有頻段進行相同程度的放大，在人耳聽起來則會有高低頻模糊消失之感，故本案之等響度控制器11根據第二圖(a)中之響度曲線來對高頻段與低頻段進行強度補償，而且當預設之目標音量越小，則對應到之響度曲線對於1KHz區段兩側之高頻段與低頻段之補償程度將越高。例如，若預設之目標音量分為由高到低之第一級、第二級、第三級及第四級，則會對應至第二圖(a)中之響度曲線21、22、23及24。如此一來，即使使用者將自動增益控制器10中之目標音量定在很小的準位，依舊可以呈現清楚之高低頻聲音。
再請參見第二圖(b)，其係為用以完成上述等響度控制器11之一實施例電路方塊示意圖，其係為一可設定雙二階無限脈衝響應濾波器，其Z轉換函數可以用H(Z)=(a0＋a1‧Z-1 ＋a2‧Z-2 )/(1-b1‧Z-1 -b2‧Z-2 )來代表，而藉由對參數a0、al、a2、b1以及b2之設定，可產生出如第二圖(a)中之響度曲線21、22、23及24之功能，因此，只要在等響度控制器11中設置一個查找表(Look Up Table)110，預先建立第一級、第二級、第三級及第四級目標音量與參數a0、a1、a2、b1以及b2之關係，使得等響度控制器11具有響度曲線21、22、23及24之表現，以產生品質較佳之補償後聲音信號再加以輸出至後續裝置。而上述原始聲音信號、自動增益聲音信號以及補償後聲音信號可為常見之脈衝碼調變(Pulse-code modulation，簡稱PCM)聲音信號，或者，也可是其它數位編碼方式之聲音信號，因此補償後聲音信號可送到相對應之數位類比轉換器(Digital-to-Analog Converter，簡稱DAC)之後續裝置進行後續處理。根據以上揭露，熟知此項技藝之人士當可施用適當的無限脈衝響應濾波器或者有限脈衝響應濾波器以實現本發明。
再請參見第三圖(a)，其係用以完成本案上述自動增益控制器10之第一實施例電路方塊示意圖，其中原始聲音信號先被送到一輸入端乘法器30，其係根據增益值產生器31所輸出之該增益值A來對該原始聲音信號進行能量(或波形振幅)之縮放，進而輸出自動增益聲音信號至等響度控制器11，但為能使加諸於該原始聲音信號之增益值A可因應該原始聲音信號之能量(或波形振幅)隨時間的變化而有所改變，故本案設有一個準位偵測器32，其係對輸出之自動增益聲音信號的準位進行偵測而輸出聲音準位值至目標準位比較器33，為能符合人耳對聲音強度的特性，聲音準位值較佳地以分貝為單位。而目標準位比較器33係根據事先預設之目標音量與該聲音準位值來進行相減而得到第一差值，並將該第一差值傳送到增益值產生器31。而增益值產生器31根據該第一差值來將其輸出之增益值A進行增加或減少的動作，以求得最後能讓輸出之自動增益聲音信號之準位與事先預設之目標音量相符。
再請參見第三圖(b)，其係用以完成本案上述自動增益控制器10之第二實施例電路方塊示意圖，其中與第三圖(a)之第一實施例間最大之不同在於本實施例增設有一噪音偵測器34，其係用以根據可預設之一噪音準位值與一預設時間長度來進行判斷，其係將準位偵測器32輸出之聲音準位值與該噪音準位值及增益值A相減而得到一第二差值，而該第二差值之正負則可以判斷當時是否沒有正常訊號而只有噪音，若第二差值處於負值達到該預設時間長度後，將增益值A取代原本傳送到增益值產生器31之該第一差值，用以停止增益值產生器31對已判斷成噪音之信號進行放大，進而避免產生噪音被錯誤放大到目標音量之現象。
再請參見第三圖(c)與第三圖(d)，其係用以完成本案上述自動增益控制器10之第三實施例與第四實施例電路方塊示意圖。第三圖(c)所示之第三實施例係根據第三圖(a)之第一實施例來進行改動，主要是增設有一可程式延遲裝置(programmable delay)39，用以將原始聲音信號在送入輸入端乘法器30之前，先進行一預定時間的延遲，而該預定時間係因應原始聲音信號進入準位偵測器32、目標準位比較器33與增益值產生器31來產生之增益值A所需要之時間長度來設定，進而讓增益值產生器31所產生之增益值A可於正確時間點上來對原始聲音信號進行調整。同樣地，第三圖(d)所示之第四實施例係根據第三圖(b)之第二實施例來進行改動，也是增設有一可程式延遲裝置(programmable delay)39，用以將原始聲音信號在送入輸入端乘法器30之前，先進行一預定時間的延遲，而該預定時間係因應原始聲音信號進入準位偵測器32、目標準位比較器33、增益值產生器31與噪音偵測器34來產生之增益值A所需要之時間長度來設定，進而讓增益值產生器31所產生之增益值A可於正確時間點上來對原始聲音信號進行調整。
接著請參見第四圖(a)，其進一步列示第三圖(a)中增益值產生器31之內部功能方塊示意圖，其中目標準位比較器33輸出之該第一差值係與輸出之增益值A利用一乘法器40相乘後得到一第一乘積值，然後傳送到第一正負值判斷模組41進行判斷並發出一選擇信號至增益時序控制器42，當第一乘積值大於0，表示輸出之自動增益聲音信號還小於事先預設之目標音量，因此選用增益時序控制器42中一增加曲線來產生一增量，然後利用加法器44來將該增量與回授之增益值A相加後更新增益值A再予以輸出，進而將增益值A逐步增加，以求得最後能讓輸出之自動增益聲音信號之準位與事先預設之目標音量相符。反之，當第一乘積值小於0，表示輸出之自動增益聲音信號大於事先預設之目標音量，因此選用增益時序控制器42中一遞減曲線來產生一減量，然後與回授之增益值A相加後更新增益值A再予以輸出，進而將增益值A逐步降低，以求得最後能讓輸出之自動增益聲音信號之準位與事先預設之目標音量相符。而限制器43則是用以限制增益值A之最大值，以免系統產生不穩定的現象。增益值產生器31利用分貝/純量轉換器49，將限制器43輸出之增益值的單位從分貝轉成純量，而可以施用於乘法器30。
至於第四圖(b)，則進一步列示第三圖(b)中增益值產生器31與噪音偵測器34之內部功能方塊示意圖，其中噪音偵測器34可具有一分貝單位轉換器340，利用查表來將增益值A之單位轉成分貝，然後再利用加法器341來將準位偵測器32輸出之已轉成分貝單位之聲音準位值與該噪音準位值及單位轉換成分貝之增益值A相減而得到第二差值，接著利用第二正負值判斷模組342來判斷第二差值是否處於負值，當第二差值處於負值時便啟動計數器343開始計數，並於計數值達到該預設時間長度後，發出切換信號到增益值產生器31中之多工器310，用以將分貝單位轉換器340輸出之該增益值之負值(以分貝單位來表示之負值，實為一般數值之倒數)來取代原先目標準位比較器33所輸出之該第一差值。另外，增益值產生器31中之限制器43之輸出端來增設一分貝/純量轉換器49，用以將限制器43輸出之增益值的單位從分貝轉成純量。如此一來，被判斷成噪音達該預設時間長度後，增益值產生器31將停止對已判斷成噪音之信號進行放大，而將該增益值產生器輸出之該增益值歸零，進而避免產生噪音被錯誤放大到目標音量之現象。
第四圖(c)與第四圖(d)分別繪示第三圖(c)中增益值產生器31之內部功能方塊示意圖與第三圖(d)中增益值產生器31與噪音偵測器34之內部功能方塊示意圖，其中第四圖(c)之運作方式與第四圖(a)類似，第四圖(d)之運作方式則與第四圖(b)之運作方式類似，差異僅在於前述增益施用的時間點，故不再予以贅述。
請參見第五圖(a)，其進一步列示上述準位偵測器32之內部功能方塊示意圖，準位偵測器32測量數位信號之波封(envelope)，而可由一高頻濾波器(high-pass filter，簡稱HPF)51、一絕對值單元52、一低通濾波器53以及一分貝單位轉換器54來完成，其中高頻濾波器51用以除去自動增益聲音信號中之直流成份以及重低音部份，而高頻濾波器51不是必要元件，可依實際需求來選用，至於絕對值單元52則用以將自動增益聲音信號中之交流信號的負數成份轉正，然後再經過低通濾波器53之累積，圖中低通濾波器53為一二階低通濾波器(low-pass filter，簡稱LPF)，當然也可以是別種型態，進而求出與該自動增益聲音信號之能量(或波形振幅)平均值相關的一聲音準位值，然後再經過分貝單位轉換器54，例如利用查表來將單位轉成分貝。而上述絕對值單元52也可改用均方根單元來完成，但運算將較為複雜，導致硬體成本將較高。而上述低通濾波器53中之參數n之範圍約在-2至-9之間，透過改變參數n，便能改變低通濾波器53之頻率響應，其示意圖如第五圖(b)之所示，而n越大則低通濾波器53之延遲時間越短且截止頻率越高，反之，n越小則低通濾波器53之延遲時間越長且截止頻率越低，因此n的選擇將影響低通濾波器本身之截止頻率以及可程式延遲裝置(programmable delay)39所設定之延遲時間。
第六圖係為本案裝置運作時，關於增益值A、原始聲音信號與自動增益聲音信號之波形示意圖，其中主要表達出一第一反應時間與一第二反應時間，第一反應時間代表當原始聲音信號由大音量突然轉為小音量時，增益值A由低轉高所需之時間。反之，第二反應時間則代表當原始聲音信號由小音量突然轉為大音量時，增益值A由高轉低所需之時間。而上述兩段時間之長短，係由增益時序控制器42中之增加曲線與遞減曲線來決定。而增加曲線與遞減曲線可以有相同的變化幅度，但是為能讓聽者有較舒適的聽覺感受，由圖中可看出，增加曲線造成變化較為和緩的效果，而遞減曲線則製造出較為陡峭的效果。也就是在單位時間內，增益值A由低轉高的幅度較由高轉低的幅度為小。因此，小於目標音量之原始聲音信號將被緩步放大，但大於目標音量之原始聲音信號將被快速抑制。
第七圖係為本案裝置運作時，關於偵測到噪音時增益值A、原始聲音信號之波形示意圖，其中主要也表達出一第三反應時間與一第四反應時間，而第三反應時間代表計數器343所預設之該預設時間長度，而第四反應時間便是增益值產生器31將增益值A重置到0dB所需之時間，這些時間都可以讓設計者來設定與調整。
再請參見第八圖，其係本案所發展出來一種音量控制方法之步驟流程示意圖，首先接收一原始聲音信號(步驟81)，然後根據一目標音量將該原始聲音信號進行能量之縮放，進而輸出逐步收斂至該目標音量之一自動增益聲音信號(步驟82)，然後根據該目標音量而對應出一響度曲線來對該自動增益聲音信號進行補償(步驟83)，最後輸出一補償後聲音信號(步驟84)。
至於步驟82之細節則可如第九圖所示之步驟流程示意圖，其中先根據一增益值來對該原始聲音信號進行能量之縮放而輸出自動增益聲音信號(步驟821)，接著對該自動增益聲音信號的準位進行偵測而輸出一聲音準位值(步驟822)，然後根據該目標音量與該聲音準位值來進行相減而得到一個第一差值(步驟823)，再根據該第一差值將該增益值進行增加或減少的動作(步驟824)。
而步驟82之細節也可如第十圖所示之另一實施例之步驟流程示意圖，其中先根據一增益值來對該原始聲音信號進行能量之縮放而輸出自動增益聲音信號(步驟821)，接著對該自動增益聲音信號的準位進行偵測而輸出一聲音準位值(步驟822)，然後根據該目標音量與該聲音準位值來進行相減而得到一個第一差值(步驟823)，再根據該第一差值將該增益值進行增加或減少的動作(步驟824)，最後將該聲音準位值與一噪音準位值及該增益值相減而得到一第二差值(步驟825)，進而判斷該第二差值處於負值是否達到一預設時間長度(步驟826)，若是，將該增益值逐漸歸零(步驟827)，若否，則回到步驟824。
綜合以上裝置與方法實施例之說明，可以清楚瞭解到，利用本案之音量控制裝置與方法，可有效達到自動監控電視機的音量，用以消除音量變化所造成之不適感且省去手動的麻煩，而且根據該目標音量而對應出響度曲線來對該自動增益聲音信號進行補償，也可免於因抑制音量變化所造成聲音品質與動態反應能力的下降。是故，本發明得由熟習此技藝之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
本案圖式中所包含之各元件列示如下：
1．．．智慧型音量控制裝置
10．．．自動增益控制器
11．．．等響度控制器
110．．．查找表
30．．．輸入端乘法器
31．．．增益值產生器
32．．．準位偵測器
33．．．目標準位比較器
341．．．加法器
342．．．第二正負值判斷模組
343．．．計數器
310．．．多工器
40．．．乘法器
41．．．第一正負值判斷模組
42．．．增益時序控制器
44．．．加法器
43．．．限制器
340．．．分貝單位轉換器
51．．．高頻濾波器
52．．．絕對值單元
53．．．低通濾波器
54．．．分貝單位轉換器
39．．．可程式延遲裝置
49．．．分貝/純量轉換器
34．．．噪音偵測器
94．．．噪音偵測器
本案得藉由下列圖式及說明，俾得更深入之了解：
第一圖顯示本案為改善習用技術手段缺失所發展出一智慧型音量控制裝置之功能方塊示意圖。
第二圖(a)顯示等響度控制器中多條響度曲線之示意圖。
第二圖(b)顯示等響度控制器之一實施例電路方塊示意圖。
第三圖(a)顯示自動增益控制器之第一實施例電路方塊示意圖。
第三圖(b)顯示自動增益控制器之第二實施例電路方塊示意圖。
第三圖(c)顯示自動增益控制器之第三實施例電路方塊示意圖。
第三圖(d)顯示自動增益控制器之第四實施例電路方塊示意圖。
第四圖(a)、(c)顯示增益值產生器之內部功能方塊示意圖。
第四圖(b)、(d)顯示增益值產生器與噪音偵測器之內部功能方塊示意圖。
第五圖(a)、(b)顯示準位偵測器之內部功能方塊示意圖及頻率響應示意圖。
第六圖顯示根據本發明實施例關於增益值A、原始聲音信號與自動增益聲音信號之波形示意圖。
第七圖顯示根據本發明實施例偵測到噪音時增益值A、原始聲音信號之波形示意圖。
第八圖顯示根據本發明實施例之音量控制方法之流程示意圖。
第九圖顯示本發明步驟82之方法細節流程示意圖。
第十圖顯示本發明步驟82之另一方法細節流程示意圖。
1．．．智慧型音量控制裝置
10．．．自動增益控制器
11．．．等響度控制器

Claims (22)

  1. 一種音量控制裝置，用以將一原始聲音信號縮放至一聽者事先預設之一目標音量，其包含：一自動增益控制器，用以對所接收到之該原始聲音信號進行能量之縮放，進而輸出逐步收斂至該目標音量之一自動增益聲音信號；以及一等響度控制器，電連接於該自動增益控制器，用以根據該目標音量而對應出一響度曲線來對該自動增益聲音信號進行補償，進而輸出一補償後聲音信號，其中上述之等響度控制器可根據準位不同之目標音量而對應出複數條響度曲線，而在一特定頻率區段附近，該些響度曲線之增益值係具有實質相同之數值，而在該特定頻率區段外之高頻段與低頻段，則對增益值有不同幅度的增加。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之音量控制裝置，其中上述之等響度控制器係為一可設定雙二階無限脈衝響應濾波器，藉由對其參數之設定，用以於複數條特性不同的響度曲線中選出該響度曲線。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之音量控制裝置，其中該自動增益控制器包含：一輸入端乘法器，其係根據一增益值來對該原始聲音信號進行能量之縮放，進而輸出該自動增益聲音信號至該等響度控制器；一準位偵測器，電連接於該輸入端乘法器，其係對輸 出之自動增益聲音信號的準位進行偵測而輸出一聲音準位值；一目標準位比較器，電連接於該準位偵測器，其係根據該目標音量與該聲音準位值來進行相減而得到一個第一差值；以及一增益值產生器，電連接於該目標準位比較器與該輸入端乘法器，用以產生該增益值，該增益值產生器根據該第一差值對該增益值進行增加或減少的動作。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之音量控制裝置，其中該增益值產生器包含：一乘法器，電連接於該目標準位比較器，用以將該目標準位比較器輸出之該第一差值與該增益值相乘後得到一第一乘積值；一第一正負值判斷模組，電連接於該乘法器，其係因應該第一乘積值之正負來發出一選擇信號；一增益時序控制器，電連接於該第一正負值判斷模組，其係因應該選擇信號來選用相對應之一增加曲線來產生一增量；一加法器，電連接於該增益時序控制器與該輸入端乘法器，用以將該增量與回授之該增益值相加後更新該增益值；以及一分貝/純量轉換器，用以將該增益值的單位轉換成一純量，再予以輸出至該輸入端乘法器。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之音量控制裝置，其中該增益值產生器更包含一限制器，電連接於該加法器與該分貝/ 純量轉換器之間，用以將該增益值限制在一最大值之下。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之音量控制裝置，其中該自動增益控制器包含：一輸入端乘法器，其係根據一增益值來對該原始聲音信號進行能量之縮放，進而輸出該自動增益聲音信號至該等響度控制器；一準位偵測器，電連接於該輸入端乘法器，其係對輸出之自動增益聲音信號的準位進行偵測而輸出一聲音準位值；一目標準位比較器，電連接於該準位偵測器，其係根據該目標音量與該聲音準位值來進行相減而得到一第一差值；一增益值產生器，電連接於該目標準位比較器與該輸入端乘法器，其係根據該第一差值來將其輸出之該增益值進行增加或減少的動作；以及一噪音偵測器，電連接於該準位偵測器及該增益值產生器，其係將該準位偵測器輸出之聲音準位值與一噪音準位值及該增益值相減而得到一第二差值，而當該第二差值處於負值達到一預設時間長度後，將該增益值產生器輸出之該增益值歸零。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之音量控制裝置，其中該增益值產生器包含：一多工器，電連接於該噪音偵測器與該目標準位比較器，用以受該噪音偵測器之控制而從該第一差值與該增益值之倒數中擇一輸出； 一乘法器，電連接於該多工器，用以將該多工器之輸出與該增益值相乘後得到一第一乘積值；一第一正負值判斷模組，電連接於該乘法器，其係因應該第一乘積值之正負來發出一選擇信號；一增益時序控制器，電連接於該第一正負值判斷模組，其係因應該選擇信號來選用相對應之一增加曲線來產生一增量；一加法器，電連接於該增益時序控制器與該輸入端乘法器，用以將該增量與回授之該增益值相加後更新該增益值；以及一分貝/純量轉換器，用以將該增益值的單位轉換成一純量，再予以輸出至該輸入端乘法器。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之音量控制裝置，其中該增益值產生器更包含一限制器，電連接於該加法器與該分貝/純量轉換器之間，用以將該增益值限制在一最大值之下。
  9. 如申請專利範圍第3項或第6項中所述之音量控制裝置，其中該準位偵測器包含：一高頻濾波器，電連接於該輸入端乘法器，用以除去該自動增益聲音信號中之直流成份以及重低音部份；一絕對值單元，電連接於該高頻濾波器，用以將該自動增益聲音信號中之交流信號的負數成份轉正；一低通濾波器，電連接於該絕對值單元，用以求出與該自動增益聲音信號之能量平均值相關的該聲音準位值；以及一分貝單位轉換器，電連接於該低通濾波器與該目標 準位比較器，利用查表來將該聲音準位值之單位轉成分貝後輸出至該目標準位比較器。
  10. 如申請專利範圍第1項中所述之音量控制裝置，其中該自動增益控制器包含：一可程式延遲裝置，其係用以將該原始聲音信號進行一預定時間的延遲；一輸入端乘法器，電連接於該可程式延遲裝置，其係根據一增益值來對經過該預定時間延遲的該原始聲音信號進行能量之縮放，進而輸出該自動增益聲音信號至該等響度控制器；一準位偵測器，其係對該原始聲音信號的準位進行偵測而輸出一聲音準位值；一目標準位比較器，電連接於該準位偵測器，其係根據該目標音量與該聲音準位值來進行相減而得到一個第一差值；以及一增益值產生器，電連接於該目標準位比較器與該輸入端乘法器，用以產生該增益值，該增益值產生器根據該第一差值對該增益值進行增加或減少的動作。
  11. 如申請專利範圍第1項中所述之音量控制裝置，其中該自動增益控制器包含：一可程式延遲裝置，其係用以將該原始聲音信號進行一預設時間的延遲；一輸入端乘法器，電連接於該可程式延遲裝置，其係根據一增益值來對經過該預定時間延遲的該原始聲音信號進行能量之縮放，進而輸出該自動增益聲音信號至該等響 度控制器；一準位偵測器，其係對該原始聲音信號的準位進行偵測而輸出一聲音準位值；一目標準位比較器，電連接於該準位偵測器，其係根據該目標音量與該聲音準位值來進行相減而得到一個第一差值；一增益值產生器，電連接於該目標準位比較器與該輸入端乘法器，用以產生該增益值，該增益值產生器根據該第一差值對該增益值進行增加或減少的動作；以及一噪音偵測器，電連接於該準位偵測器及該增益值產生器，其係將該準位偵測器輸出之聲音準位值與一噪音準位值及該增益值相減而得到一第二差值，而當該第二差值處於負值達到該預設時間長度後，將該增益值產生器輸出之該增益值歸零。
  12. 一種音量控制方法，用以將一原始聲音信號縮放至一聽者事先預設之一目標音量，其包含下列步驟：接收該原始聲音信號；根據該目標音量將該原始聲音信號進行能量之縮放，進而輸出逐步收斂至該目標音量之一自動增益聲音信號；以及根據該目標音量而對應出一響度曲線來對該自動增益聲音信號進行補償，以輸出一補償後聲音信號，其中根據準位不同之該目標音量而從複數條響度曲線中對應出該響度曲線，而在一特定頻率區段附近，該些響度曲線之增益值係具有實質相同之數值，而在該特定頻率區段外之高頻 段與低頻段，則對增益值有不同幅度的增加。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之音量控制方法，其中根據該目標音量來對該原始聲音信號進行能量之縮放之方法包含下列步驟：根據一增益值來對該原始聲音信號進行能量之縮放，進而輸出該自動增益聲音信號；對該自動增益聲音信號的準位進行偵測而輸出一聲音準位值；根據該目標音量與該聲音準位值來進行相減而得到一個第一差值；以及根據該第一差值將該增益值進行增加或減少的動作。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之音量控制方法，其中根據該第一差值將該增益值進行增加或減少的動作包含下列步驟：將該第一差值與該增益值相乘後得到一第一乘積值；因應該第一乘積值之正負來發出一選擇信號；因應該選擇信號來選用相對應之一增加曲線來產生一增量；以及將該增量與回授之該增益值相加後更新該增益值再予以輸出。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之音量控制方法，其中將該增量與回授之該增益值相加後再予以輸出之該增益值限制在一最大值之下。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之音量控制方法，其中根據該目標音量來對該原始聲音信號進行能量之縮放之方法 包含下列步驟：根據一增益值來對該原始聲音信號進行能量之縮放，進而輸出該自動增益聲音信號；對輸出之自動增益聲音信號的準位進行偵測而輸出一聲音準位值；根據該目標音量與該聲音準位值來進行相減而得到一第一差值；根據該第一差值來將其輸出之該增益值進行增加或減少的動作；以及將該聲音準位值與一噪音準位值及該增益值相減而得到一第二差值，而當該第二差值處於負值達到一預設時間長度後，用以將該增益值歸零。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之音量控制方法，其中根據該第一差值來將其輸出之該增益值進行增加或減少的動作包含下列步驟：因應該第二差值之變化而從該第一差值與該增益值之倒數中擇一輸出；將該第一差值或該增益值之倒數中之一數值與該增益值相乘後得到一第一乘積值；因應該第一乘積值之正負來發出一選擇信號；因應該選擇信號來選用相對應之一增加曲線來產生一增量；以及將該增量與回授之該增益值相加後更新該增益值再予以輸出。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之音量控制方法，其中將 該增量與回授之該增益值相加後再予以輸出之該增益值限制在一最大值之下。
  19. 如申請專利範圍第13項或第16項所述之音量控制方法，其中對輸出之自動增益聲音信號的準位進行偵測之方法包含下列步驟：除去該自動增益聲音信號中之直流成份以及重低音部份；將該自動增益聲音信號中之交流信號的負數成份轉正；求出與該自動增益聲音信號之能量相關的該聲音準位值；以及利用查表來將該聲音準位值之單位轉成分貝後輸出。
  20. 如申請專利範圍第17項所述之音量控制方法，其中根據該第一差值來將其輸出之該增益值進行增加或減少的動作更包含將該增益值轉換成一純量，再予以輸出。
  21. 如申請專利範圍第12項所述之音量控制方法，其中根據該目標音量來對該原始聲音信號進行能量之縮放之方法包含下列步驟：將該原始聲音信號進行一預定時間的延遲；根據一增益值來對經過該預定時間延遲之該原始聲音信號進行能量之縮放，進而輸出該自動增益聲音信號；對該原始聲音信號的準位進行偵測而輸出一聲音準位值；根據該目標音量與該聲音準位值來進行相減而得到一個第一差值；以及 根據該第一差值將該增益值進行增加或減少的動作。
  22. 如申請專利範圍第12項所述之音量控制方法，其中根據該目標音量來對該原始聲音信號進行能量之縮放之方法包含下列步驟：將該原始聲音信號進行一預定時間的延遲；根據一增益值來對經過該預定時間延遲之該原始聲音信號進行能量之縮放，進而輸出該自動增益聲音信號；對該原始聲音信號的準位進行偵測而輸出一聲音準位值；根據該目標音量與該聲音準位值來進行相減而得到一個第一差值；根據該第一差值將該增益值進行增加或減少的動作；以及將該聲音準位值與一噪音準位值及該增益值相減而得到一第二差值，而當該第二差值處於負值達到一預設時間長度後，用以將該增益值歸零。
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