TWI545891B - 防止在擴音器中電氣和機械飽和之波形整型系統 - Google Patents

Description

防止在擴音器中電氣和機械飽和之波形整型系統

本發明係關於在音訊系統中減少歸因於電氣及機械限制所致之失真，且具體言之，係關於縮減波形中之峰值以防止失真。

本申請案主張2010年7月15日申請之申請案號為61/364,706之美國臨時專利申請案的優先權，該臨時專利申請案藉此以引用方式併入本文中以達成所有目的，且本申請案與以下各申請案有關：2010年2月24日申請之美國專利申請案12/712,108；2010年7月1日申請之美國臨時專利申請案61/360,720；及2010年7月15日申請之美國臨時專利申請案61/364,594。

電子系統常常需要信號停留在一特定範圍內以適當地起作用。舉例而言，許多類比組件在給定電壓範圍內線性地操作，但當電壓變得過大從而常常導致彼等組件之飽和時，許多類比組件開始以非線性方式來運作。因此，在此等系統中使用峰值縮減來維持線性。

限制輸入信號之一般方法包括使輸入信號經受預定輸入-輸出函數之動態範圍壓縮、可應用於特定類型之信號(諸如，話語)之相位操縱，及自動增益控制。此等解決方案具有限制或非所要之頻譜效應。

一種用於限制一信號中之峰值的方法及系統，其包括一預看緩衝器及一分析引擎。

在審閱完以下圖式及詳細描述後，熟習此項技術者便將能顯見或變得能顯見本發明之其他系統、方法、特徵及優點。所有此等額外系統、方法、特徵及優點意欲包括於此描述內，處於本發明之範疇內，且受所附申請專利範圍保護。

可參看以下圖式更好地理解本發明之態樣。圖式中之組件未必按比例繪製，而是著重於清楚地說明本發明之原理。此外，在圖式中，相同參考數字貫穿若干視圖指定對應零件。

在接下來之描述中，貫穿本說明書及圖式用相同參考數字來標記相同零件。諸圖式圖可能未按比例繪製，且出於清晰及簡明起見，特定組件可能以廣義或示意性形式來展示且藉由商業名稱來識別。

在一實施例中，一預看緩衝器保持一信號之一樣本窗。一分析引擎基於該等樣本而選擇一增益包絡函數，例如，藉由選擇該緩衝器中之第P個樣本，只要彼樣本超過一給定臨限值。該臨限值可為上限或下限或上限與下限兩者。該分析引擎接著輸出預看緩衝器中之樣本中的最舊樣本且接收一新樣本。該程序繼續重複。

在另一實施例中，該系統可進一步包含用於將信號轉換成一導出信號之模型，例如，原始信號可為音訊信號且導出信號為揚聲器位移。藉由峰值縮減系統對經轉換之信號進行峰值縮減，且一反向模型將信號恢復成原始形式。另外，可將一第二預看峰值縮減系統與該反向模型級聯。舉例而言，第一預看峰值縮減系統可限制位移以避免機械失真，且第二預看峰值縮減系統可限制音訊信號中之峰值以避免電氣飽和失真。

在又一實施例中，一模型將信號轉換成一導出信號，但亦儲存該導出信號之一樣本窗。分析引擎基於導出信號之樣本或基於原始樣本之樣本或基於導出信號之樣本與原始樣本之樣本兩者而判定一增益包絡函數。

在另一實施例中，峰值縮減系統可接收一電池功率位準且基於該電池位準而判定一臨限值以避免電氣飽和失真。

在另一實施例中，一蜂巢式電話包含具有動態範圍壓縮器(DRC)之音訊驅動器。該DRC使用一基於一電池功率位準之臨限值。

在另一實施例中，一音訊驅動器包含一數位至音訊轉換器(DAC)、一高通濾波器、一放大器、一輸出驅動器。該音訊驅動器亦包含呈開放迴路或封閉迴路組態之一均方根(RMS)估計模組及一動態範圍壓縮器。該RMS估計模組估計由音訊驅動器輸出之功率或輸入至放大器中之功率。基於一臨限值，該DRC確保功率輸出不持續超出該臨限值。

圖1展示輸出音訊驅動器之實施例。音訊驅動器100包含預看峰值縮減器102及習知音訊驅動器110。該音訊驅動器在圖1中展示為驅動揚聲器112。習知音訊驅動器110包括DAC 104、放大器106及揚聲器驅動器108。在一些實施例中，放大器106及揚聲器驅動器108組合成一單一電路。預看峰值縮減器102用以限制一輸入音訊信號中之峰值以減少可能引入至系統中的失真。舉例而言，若輸入音訊信號超過DAC之範圍，則可在DAC處發生數位截斷。又，若所接收電壓變得過大，則放大器106及/或揚聲器驅動器108可被驅逐出其線性區而進入飽和區中。可發生揚聲器112自身中之機械失真。舉例而言，當所接收電壓過大從而造成向內位移變得過高時，發生異音失真。若向內位移過高，則揚聲器紙盆可撞擊揚聲器之背部，此情形造成惱人之蜂鳴音。藉由縮減輸入信號中之峰值，可發生機械失真與電氣失真兩者。然而，請注意，峰值縮減自身之動作亦可引入頻譜假影。因此，預看峰值縮減器102應縮減峰值，同時在切實可行時對所感知音訊品質有很少影響。

圖2展示調幅(AM)傳輸器之實施例。傳輸器200包含預看峰值縮減器102及數位AM傳輸器220。數位AM傳輸器包含DAC 202、放大器204、調變器206、振盪器208及RF放大器210。DAC 202接收一數位音訊信號且將該信號轉換至一類比信號，該類比信號接著由放大器204放大。調變器206藉由振盪器208所產生之載波信號調變該音訊信號。接著由驅動天線212之RF驅動器210來放大該經調變之信號。數位AM傳輸器220易在多處發生峰值誘發之失真。舉例而言，音訊信號中之過量峰值可將放大器204驅逐出線性區而進入飽和區中，從而造成截斷失真。在另一實例中，音訊信號中之過量負峰值可造成過調變，其中音訊信號低於載波信號之振幅。預看峰值縮減器102可藉由縮減具有最小聲訊假影之音訊信號中的過量峰值來解決此等峰值誘發之假影。

圖3為說明音訊驅動器之數位前端的實施例的圖。在此實施方案中，數位前端包含記憶體314、處理器312及音訊介面306，其中此等器件中之每一者跨越一或多個資料匯流排310而連接。儘管此說明性實施例展示使用單獨處理器及記憶體的實施方案，但其他實施例包括純粹以軟體進行的作為應用程式之部分的實施方案，及以硬體使用信號處理組件進行的實施方案。

音訊介面306接收音訊輸入資料302，音訊輸入資料302可由諸如音樂或視訊播放應用程式之應用程式或蜂巢式電話接收器提供，且音訊介面306將經處理之數位音訊輸出304提供至音訊驅動器之後端(諸如，圖1中之後端音訊驅動器110)。處理器312可包括中央處理單元(CPU)、與音訊系統相關聯之輔助處理器、基於半導體之微處理器(呈微晶片之形式)、巨集處理器、一或多個特殊應用積體電路(ASIC)、數位邏輯閘、數位信號處理器(DSP)或用於執行指令之其他硬體。

記憶體314可包括揮發性記憶體元件(例如，隨機存取記憶體(RAM)，諸如DRAM及SRAM)與非揮發性記憶體元件(例如，快閃記憶體、唯讀記憶體(ROM)，或非揮發性RAM)之合適組合。記憶體314儲存一或多個單獨程式，該一或多個單獨程式中之每一者包括用於實施待由處理器312執行之邏輯功能的可執行指令之有序列表。該等可執行指令包括用於音訊處理模組316之指令，音訊處理模組316包括預看峰值縮減器102及可選失真模組318(其在下文加以描述)。音訊處理模組316亦可包含用於執行音訊處理操作(諸如，等化及濾波)之指令。在替代實施例中，用於執行此等程序之邏輯可以硬體或軟體與硬體之組合來實施。

蜂巢式電話尤其易發生峰值誘發之失真。由於通常使用低成本之揚聲器來縮減單位成本，故此等揚聲器比較昂貴之揚聲器更易受異音失真損壞。另外，已觀測到，一些蜂巢式電話製造允許音訊驅動器之數位部分過驅動類比部分，從而導致電氣飽和失真。

圖4為裝備有預看峰值縮減以補償電氣飽和及機械失真之蜂巢式電話的實施例。蜂巢式電話400包含處理器402、顯示I/O 404、輸入I/O 406、音訊輸出驅動器412、音訊輸入驅動器416、RF介面442及記憶體420，其中此等器件中之每一者跨越一或多個資料匯流排410而連接。

蜂巢式電話400進一步包含藉由顯示I/O 404驅動之顯示器405。顯示器405可為液晶顯示器(LCD)、發光二極體(LED)顯示器，或其他合適顯示器。蜂巢式電話400進一步包括經由輸入I/O 406向蜂巢式電話之其餘部分傳達的輸入器件407。輸入器件407可為小鍵盤、鍵盤、觸控墊或其他合適器件。蜂巢式電話400進一步包含藉由音訊輸出驅動器412驅動之揚聲器414；藉由音訊輸入驅動器416驅動之麥克風418；及經由RF介面442發送及接收RF信號之天線444。此外，音訊輸出驅動器412可包括數位部分300，數位部分300包括預看峰值縮減器102及失真模型318。

處理器402可包括CPU、與音訊系統相關聯之輔助處理器、基於半導體之微處理器(呈微晶片之形式)、巨集處理器、一或多個ASIC、離散邏輯閘、DSP或用於執行指令之其他硬體。

記憶體420可包括揮發性記憶體元件與非揮發性記憶體元件之合適組合。記憶體420儲存一或多個單獨程式，該一或多個單獨程式中之每一者包括用於實施待由處理器402執行之邏輯功能的可執行指令之有序列表。該等可執行指令包括控制及管理蜂巢式電話之許多功能的韌體422。韌體422包括呼叫處理模組432、信號處理模組434、顯示驅動器436、輸入驅動器438、音訊處理模組440及使用者介面450。呼叫處理模組432含有在呼叫期間管理及控制呼叫起始、呼叫終止及內務處理操作之指令以及其他呼叫相關特徵(諸如，呼叫者id及呼叫等待)。信號處理模組434含有管理蜂巢式電話與遠端基地台之間的通信的指令，該管理包括判定信號強度、調整傳輸強度及所傳輸資料之編碼。顯示驅動器436介接於使用者介面450與顯示I/O 404之間，以使得可在顯示器405上顯示適當訊息、文字及通報器。輸入驅動器438介接於使用者介面450與輸入I/O 406之間，以使得來自輸入器件407之使用者輸入可藉由使用者介面450來解譯且可進行適當動作。使用者介面450控制終端使用者經由顯示器405與輸入器件407之間的互動及蜂巢式電話之操作。舉例而言，當經由輸入器件407撥出電話號碼時，使用者介面450可使「正在呼叫中」顯示於顯示器405上。音訊處理模組440管理自麥克風418所接收且傳輸至揚聲器414之音訊資料。音訊處理模組440可包括諸如音量控制及靜音功能之特徵。在替代實施例中，用於執行此等程序之邏輯可以硬體或軟體與硬體之組合來實施。另外，蜂巢式電話之其他實施例可包含額外特徵，諸如藍芽介面及傳輸器、相機及大容量儲存器。

在另一實施例中，若硬體音訊驅動器不可修改，則可將峰值縮減以軟體實施於個人電腦(PC)上，該個人電腦介接至音效卡或實施為智慧型電話的用於播放聲音之「應用程式」。圖5說明裝備有峰值縮減音訊增強之PC的實施例。大體而言，PC 500可包含廣泛多種計算器件中之任一者，諸如桌上型電腦、攜帶型電腦、專用伺服器電腦、多處理器計算器件、蜂巢式電話、PDA、手持型或筆控型電腦、嵌入式器具等等。不管PC 500之特定配置，PC 500可(例如)包含記憶體520、處理器502、若干輸入/輸出介面504，及大容量儲存器530、用於與硬體音訊驅動器通信的音訊介面512，其中此等器件中之每一者跨越一或多個資料匯流排510而連接。視情況，PC 500亦可包含網路介面器件506及顯示器508，網路介面器件506與顯示器508兩者亦跨越一或多個資料匯流排510而連接。

處理器件502可包括CPU、與音訊系統相關聯之輔助處理器、基於半導體之微處理器(呈微晶片之形式)、巨集處理器、一或多個、離散邏輯閘、DSP或用於執行指令之其他硬體。

輸入/輸出介面504提供用於資料之輸入及輸出的合適介面。舉例而言，此等組件可與使用者輸入器件(未圖示)介接，使用者輸入器件可為鍵盤或滑鼠。在其他實例中，尤其在手持型器件(例如，PDA、行動電話)中，此等組件可與功能按鍵或按鈕、觸敏螢幕、觸控筆等介接。顯示器508可為電腦監視器、PC之電漿螢幕、手持型器件上之液晶顯示器(LCD)，或其他合適顯示器。

網路介面器件506包含用以經由網路環境傳輸及/或接收資料的各種組件。舉例而言且非限制，此等組件可包括可與輸入端及輸出端兩者通信之器件，例如調變器/解調變器(例如，數據機)、無線(例如，射頻(RF))收發器、電話介面、橋接器、路由器、網路卡等等。

記憶體520可包括揮發性記憶體元件與非揮發性記憶體元件之合適組合。大容量儲存器530亦可包括非揮發性記憶體元件(例如，快閃記憶體、硬碟機、磁帶、可重寫緊密光碟(CD-RW)等等)。記憶體520包含可包括一或多個單獨程式的軟體，該一或多個單獨程式中之每一者包括用於實施邏輯功能之可執行指令的有序列表。常常，可執行程式碼可自非揮發性記憶體元件載入，包括自記憶體520及大容量儲存器530之組件。具體言之，軟體可包括原生作業系統522、一或多個原生應用程式、仿真系統，或用於多種作業系統中之任一者的仿真應用程式及/或仿真硬體平台、仿真作業系統，或其他合適平台。此等可進一步包括音訊應用程式524，其可為獨立應用程式、外掛程式或其他合適應用程式。此等可進一步包括軟體音訊驅動器526，其由應用程式使用以與硬體音訊驅動器通信。音訊驅動器526可進一步包括信號處理軟體528，其可包括預看峰值縮減器102及可選失真模型318。或者，音訊應用程式524可包括信號處理軟體528。然而，請注意，用於執行此等程序之邏輯亦可以硬體或軟體與硬體之組合來實施。

大容量儲存器530可格式化成將儲存媒體劃分成檔案的諸多檔案系統中之一者。此等檔案可包括音訊檔案532，音訊檔案532可保持可被播放之聲音樣本(諸如，歌曲)。聲音檔案可以廣泛多種檔案格式來儲存，包括(但不限於)RIFF、AIFF、WAV、MP3及MP4。

圖6說明預看峰值縮減器之實施例，該預看峰值縮減器包括預看緩衝器604及分析引擎606。預看緩衝器604儲存來自輸入302之諸多樣本。W+1個樣本儲存於預看緩衝器中。分析引擎606接收一或多個臨限值602且確保發送至輸出304之輸出值不會超過臨限值。

圖7為說明由分析引擎606使用以確保輸出值維持處於給定臨限值以下之方法的例示性實施例的流程圖。在步驟702處，將藉由i指示之索引變數初始化至零。在步驟704處，用W+1個輸入樣本填充預看緩衝器604。在步驟706處，將輸入樣本x[i+P]與臨限值T進行比較。若x[i+P]>T，則在步驟708處，將增益包絡函數f(x[i+P],T)[n]應用於預看緩衝器中之所有樣本，亦即，x[i]、x[i+1]，...，x[i+W]。具體言之，在預看緩衝器604中，每一樣本x[i+j]由x[i+j]×f(x[i+P],T)[ j ]替換。在步驟710處，將x[i]發送至輸出。在步驟712處，自預看緩衝器中移除樣本x[i]，且將樣本x[i+W+1]添加至預看緩衝器，以使得預看緩衝器現在保持樣本x[i+1]、x[i+2]，...，x[i+W]、x[i+W+1]。在步驟714處，使索引變數i遞增。可接著在步驟706處重複該程序。

在步驟706處，假定臨限值T為上限。然而，等同地，該方法亦可應用於下限，在該狀況下，步驟606將判定是否x[i+P]<T。預看索引P為介於0與W之間的預定數字。在一實施例中，選擇在0與W之間的中點處的P。分析引擎606預看P個樣本以判定將使信號衰減至何程度(哪怕一點亦不)。作為最終結果，存在W個樣本之延遲，因此W之選擇應足夠小以使得不可顯著地感知到該延遲。

圖8為說明由分析引擎606之另一實施例使用之方法的例示性實施例的流程圖，分析引擎606接收上限臨限值T ₁及下限臨限值T ₂。在步驟802處，將藉由i指示之索引變數初始化至零。在步驟804處，用W+1個輸入樣本填充預看緩衝器602。在步驟806處，將輸入樣本x[i+P]與上限臨限值T ₁進行比較。若x[i+P]>T ₁，則在步驟808處，將增益包絡函數f(x[i+P],T ₁ )[n]應用於預看緩衝器中之所有樣本，亦即，x[i]、x[i+1]，...，x[i+W]。否則，在步驟810處，將輸入樣本x[i+P]與下限臨限值T ₂進行比較。若x[i+P]<T ₂，則在步驟812處，將增益包絡函數f(x[i+P],T ₂ )[n]應用於預看緩衝器中之所有樣本，亦即，x[i]、x[i+1]，...，x[i+W]。在步驟814處，將x[i]發送至輸出。在步驟816處，自預看緩衝器中移除樣本x[i]，且將樣本x[i+W+1]添加至預看緩衝器，以使得預看緩衝器現在保持樣本x[i+1]、x[i+2]，...，x[i+W]、x[i+W+1]。在步驟818處，使索引變數i遞增。可接著在步驟806處重複該程序。

在T ₁=-T ₂之特殊狀況下，可將步驟806及810組合成一將|x[i+P]|與T ₁進行比較之單一測試。若|x[i+P]|>T₁，則可將適當增益包絡函數應用於預看緩衝器中之所有樣本。

在步驟708、808及812處，f指示一參數化之函數族。對於M及T之不同值，f產生為n之函數的不同增益包絡函數。如圖9中所說明，此函數族之所要特性為：f(M,T)[0]=1、f(M,T)[W]=1及。該函數族中之函數的另一所要特性為：該等函數在0與P之間及在P與W之間為單調的。舉例而言，圖9中所展示之函數在0與P之間單調遞減且在P與W之間單調遞增。圖9展示針對M及T之不同值之增益包絡函數的兩個實例。

一種建構一函數族之方法為：自一基底函數建置一增益包絡函數族。基底函數g之特性為：g[0]=0、g[P]=1及g[W]=0。亦希望(儘管並不需要)g在0與P之間單調遞增且在P與W之間單調遞減。一實例展示於圖10中，其為分段線性基底函數。該增益包絡函數族由方程式(1)導出。

因為g[0]=0，所以f(M,T)[0]=1；因為g[P]=1，所以，且因為g[W]=0，所以g(M,T)[W]=1，從而滿足增益包絡函數族之所要特性。此外，若g在0與P之間及在P與W之間為單調的，則f(M,T)在0與P之間及在P與W之間為單調的。

在另一實施例中，可能希望將一增益應用於窗中之樣本，以使得可使用新約束f(M,T)[0]=G、f(M,T)[W]=G，同時維持。可將方程式(1)修改為產生此新增益包絡函數族之方法，如方程式(2)中所描述。

藉由引入具有非零增益(以dB為單位)之增益項，可放大低位準信號間隔。

應強調，儘管基底函數為產生增益包絡函數族之便利且有效率方式，但其決非唯一的方式且其亦並不涵蓋所有可能的增益包絡函數族。可使用其他合適增益包絡函數及方法來產生彼等族。

圖11A至圖11D展示可用以產生一增益包絡函數族之基底函數的其他實例。圖11A為在對數標度上檢視時為線性的分段線性基底函數(以dB為單位)。圖11B為用作基底函數之窗函數的實例。圖11C為使用漢明窗函數作為基底函數的實例。最後，圖11D為在遞增部分與遞減部分之間不具有任何對稱性的基底函數的實例。

參數化之增益函數族的另一變體為：使用預看緩衝器中之一個以上樣本來定義增益函數。更具體言之，應用於預看緩衝器中之所有樣本的增益為函數f(x[i],x[i+1],...,x[i+W],T)。此增益包絡函數之一實例由方程式(2)給出。

在此實例中，增益函數可用以控制信號之功率。

圖26為說明由分析引擎606使用之方法的例示性實施例的流程圖。在步驟2602處，將藉由i指示之索引變數初始化至零。在步驟2604處，用P+1個輸入樣本填充預看緩衝器604，且用0 dB之W+1個值初始化增益陣列g。在步驟2606處，將輸入樣本x[i+P]與臨限值T進行比較。然而，與先前不同，該比較係在考慮到增益g[P]之情況下進行。若g[P]x[i+P]>T，則在步驟2608處，藉由應用一增益包絡函數f(x[i+P],T)來更新增益陣列，其中若該增益陣列使用線性標度，則該增益包絡函數之應用可為乘法的，且若該增益陣列使用dB標度，則該增益包絡函數之應用可為加法的。在步驟2610處，將增益陣列中之第一個值g[0]應用於預看緩衝器中之第一個樣本(亦即，x[i])。在步驟2612處，將x[i]發送至輸出。在步驟2614處，自預看緩衝器中移除樣本x[i]，且將樣本x[i+P+1]添加至預看緩衝器，以使得預看緩衝器現在保持樣本x[i+1]、x[i+2]，...，x[i+p]、x[i+p+1]。又，自該增益陣列中移除增益值g[0]，且將0 dB值添加至增益陣列之另一端。在步驟2616處，使索引變數i遞增。可接著在步驟2606處重複該程序。此流程圖中所描述之方法可在將預看峰值縮減器用作動態範圍壓縮系統以控制音訊系統之輸出功率時使用。

先前所描述之實施例及實施方案在解決電氣飽和問題(電氣飽和問題可能發生於信號超過一臨限值時)方面起到很好的作用。然而，機械限制問題引入額外複雜化。與對信號自身強加臨限值之電氣飽和不同，機械限制係強加於揚聲器位移上，揚聲器位移為基於信號之導出變數。大體而言，問題在於：將選擇性衰減應用於輸入信號以便維持導出變數在預定臨限值以下(或以上)。在數學上，若將導出變數給定為d[n]，則該陳述可表達為將衰減應用於x[n]以保持d[n]小於T。

圖12展示使用位移模型的應用於音訊信號之預看峰值縮減系統的實施例。系統1200包含位移模型1202、預看緩衝器604、分析引擎606及模型反向1204。預看緩衝器604及分析引擎606形成預看峰值縮減系統600，預看峰值縮減系統600縮減由位移模型1202基於輸入音訊信號而產生之位移信號的峰值(而非縮減輸入音訊信號302之峰值)。除了輸入及輸出並非音訊信號而是如由位移模型1202模型化之位移信號之外，位移信號之峰值縮減以與上文所描述之方式相同之方式操作。接著由模型反向1204將經峰值縮減之輸出位移信號轉換回至音訊信號。

常常藉由無線脈衝回應(IIR)濾波器來模型化位移。藉由一定義明確之傳送函數，可容易地計算一反傳送函數。然而，反傳送函數可提出若干實際挑戰。首先，反向模型可能不再為因果性的(亦即，需要未來輸入值)。為了克服不知道未來值之第一個障礙，可使用少許樣本之預看。由於預看峰值縮減系統600已造成適度延遲，故由非因果反向模型造成的更小延遲將為可忽略的。另一個問題為反傳送函數之穩定性。取決於所使用模型，模型反向可能為不穩定的。幸運地，存在最佳反向濾波器，其可提供在一頻率範圍內的對反向濾波器之準確近似且維持穩定性。此等最佳反向濾波器之準確性亦可取決於所使用模型。

圖13展示使用位移模型但不使用模型反向的應用於音訊信號之預看峰值縮減系統的另一實施例。由於反向濾波器之潛在穩定性或因果關係問題或簡單地由於模型反向可能造成的計算複雜性，故模型反向並非始終為所要的或實用的。預看峰值縮減系統1300包含位移模型1202、預看緩衝器1302及分析引擎1304。與先前所描述之預看緩衝器不同，預看緩衝器1302儲存輸入信號302之W+1個樣本與由模型1202產生之位移信號的W+1個樣本兩者，亦即，x[i]、x[i+1]，...，x[i+W]及d[i]、d[i+1]，...，d[i+W]，其中d[k]為對應於輸入樣本x[k]之位移。除了將位移信號用作使輸入信號衰減之引導之外，分析引擎1304以與分析引擎606類似之方式操作。

圖14為說明由分析引擎1304使用以確保輸出值維持處於給定臨限值以下之方法的例示性實施例的流程圖。在步驟1402處，將藉由i指示之索引變數初始化至零。在步驟1404處，用W+1個輸入樣本及W+1個位移樣本填充預看緩衝器1302。在步驟1406處，將位移樣本d[i+P]與臨限值T進行比較。若d[i+P]>T，則在步驟1408處，將增益包絡函數f(d[i+P],T)[n]應用於預看緩衝器中之所有位移樣本(亦即，d[i]、d[i+1]，...，d[i+W])，且將增益包絡函數f'(d[i+P],T)[n]應用於預看緩衝器中之所有輸入樣本(亦即，x[i]、x[i+1]，...，x[i+W])。在預看緩衝器1302中，每一樣本d[i+j]由d[i+j]×f(d[i+P],T)[ j ]替換，且x[i+j]由x[i+j]×f'(d[i+P],T)[ j ]替換。在步驟1410處，將x[i]發送至輸出。在步驟1412處，自預看緩衝器中移除樣本x[i]，且將樣本x[i+W+1]添加至預看緩衝器，以使得預看緩衝器現在保持樣本x[i+1]、x[i+2]，...，x[i+W]、x[i+W+1]。另外，自預看緩衝器中移除樣本d[i]，且將樣本d[i+W+1]添加至預看緩衝器，以使得預看緩衝器現在保持樣本d[i+1]、d[i+2]，...，d[i+W]、d[i+W+1]。在步驟1414處，使索引變數i遞增。可接著在步驟1406處重複該程序。

再次，在步驟1406處，假定臨限值T為上限。然而，等同地，該方法亦可應用於下限。此外，因為音訊信號及位移信號並非僅為彼此之定標複本，所以使音訊信號衰減達與應用於位移信號之增益相同的增益從而使其屬於臨限值以下並不會保證臨限輸出音訊信號將不會造成機械失真。因此，可使用一相關增益包絡函數族。然而，在最簡單之狀況f'=f下，藉由引入線性因子，f'與f仍可具有簡單之關係，同時維持解決用以防止機械失真所需之增益與藉由將位移與臨限值進行比較而得以判定之增益因子之間的差異的靈活性。在數學上，此實例可表達為f'(M,T)=f(αM,T)，其中α為預定常數。

圖15為說明由分析引擎1304之另一實施例使用之方法的例示性實施例的流程圖，分析引擎1304接收上限臨限值T ₁及下限臨限值T ₂。在步驟1502處，將藉由i指示之索引變數初始化至零。在步驟1504處，用W+1個輸入樣本及W+1個位移樣本填充預看緩衝器1302。在步驟1506處，將輸入樣本d[i+P]與上限臨限值T ₁進行比較。若d[i+P]>T₁，則在步驟1508處，將增益包絡函數f(d[i+P],T₁)[ n ]應用於預看緩衝器中之所有位移樣本(亦即，d[i]、d[i+1]，...，d[i+W])，且將增益包絡函數f'(d[i+P],T ₁)[ n ]應用於預看緩衝器中之所有輸入樣本(亦即，x[i]、x[i+1]，...，x[i+W])。具體言之，在預看緩衝器1302中，每一樣本d[i+j]由d[i+j]×f(d[i+P],T)[ j ]替換，且x[i+j]由x[i+j]×f'(d[i+P],T)[ j ]替換。否則，在步驟1510處，將輸入樣本x[i+P]與下限臨限值T ₂進行比較。若x[i+P]<T₂，則在步驟1512處，將增益包絡函數f(d[i+P],T ₂)[ n ]應用於預看緩衝器中之所有位移樣本(亦即，d[i]、d[i+1]，...，d[i+W])，且將增益包絡函數f'(d[i+P],T ₂)[ n ]應用於預看緩衝器中之所有輸入樣本(亦即，x[i]、x[i+1]，...，x[i+W])。在步驟1514處，將x[i]發送至輸出。在步驟1516處，自預看緩衝器中移除樣本x[i]，且將樣本x[i+W+1]添加至預看緩衝器，以使得預看緩衝器現在保持樣本x[i+1]、x[i+2]，...，x[i+W]、x[i+W+1]。另外，自預看緩衝器中移除樣本d[i]，且將樣本d[i+W+1]添加至預看緩衝器，以使得預看緩衝器現在保持樣本d[i+1]、d[i+2]，...，d[i+W]、d[i+W+1]。在步驟1518處，使索引變數i遞增。可接著在步驟1506處重複該程序。

再次，將一增益包絡函數族f'應用於輸入樣本x[j]，該增益包絡函數族f'與應用於位移樣本d[j]之增益包絡函數族f有關。上文描述了f'與f之間的關係。

在T ₁=T ₂之特殊狀況下，步驟1506及1510可組合成一將|d[i+P]|與T ₁進行比較之單一測試。若|d[i+P]|>T ₁，則可將適當增益包絡函數應用於預看緩衝器中之所有輸入樣本及所有位移樣本。

在一些音訊環境中，需要解決機械失真與電氣飽和兩者。雖然減少機械失真(諸如，異音失真)依賴於限制揚聲器位移，但減少電氣飽和失真依賴於限制音訊信號。

圖16展示用於限制電氣飽和失真與機械失真兩者之峰值縮減系統的實施例。系統1600包含兩個峰值縮減系統，第一峰值縮減系統包含模型1202、預看緩衝器604、分析引擎606及模型反向1204且以針對系統1200所描述之方式類似之方式來起作用。第二系統包含預看緩衝器1604及分析引擎1606且接收臨限值1602。第二系統以與系統600類似方式起作用。第一峰值縮減系統基於由模型1202產生之位移信號而縮減峰值。第二峰值縮減系統藉由將音訊信號與臨限值1602進行比較來縮減音訊信號中之任何殘餘峰值。第一峰值縮減系統確保避免機械失真，且第二峰值縮減系統確保避免電氣飽和失真。只要第一峰值縮減系統充分地抑制峰值以避免電氣飽和失真，第二峰值縮減系統便無需進行任何操作。請注意，儘管所得輸出信號可能並不精確地相同，但可使該兩個峰值縮減系統級聯之次序相反，且仍維持將避免機械失真及電氣飽和失真的輸出信號。

圖17展示用於限制電氣飽和失真與機械失真兩者之峰值縮減系統的實施例。系統1700包含模型1202、預看緩衝器1302及分析引擎1702。分析引擎1702接收位移臨限值602及信號臨限值1602。再次，預看緩衝器1302儲存輸入信號302之W+1個樣本與由模型1202產生之位移信號的W+1個樣本兩者，亦即，x[i]、x[i+1]，...，x[i+W]及d[i]、d[i+1]，...，d[i+W]，其中d[k]為對應於輸入樣本x[k]之位移。總言之，分析引擎1702將臨限值602與d[k]進行比較，且將臨限值1602與x[k]進行比較。

為了一般性起見，在所展示之實例中，假定上限臨限值與下限臨限值(分別為T₁及T₂)兩者用於位移樣本，且上限臨限值及下限臨限值(分別為T₃及T₄)用於輸入樣本。吾人應注意，在僅使用一個極限值時或在兩個極限值具有相同絕對值時，變化為可能的。

更具體言之，圖18為說明由分析引擎1702使用以確保輸出值維持處於給定臨限值以下之方法的例示性實施例的流程圖。在步驟1802處，將藉由i指示之索引變數初始化至零。在步驟1804處，用W+1個輸入樣本及W+1個位移樣本填充預看緩衝器1302。在步驟1806處，將位移樣本d[i+P]與臨限值T₁及T₂進行比較。

若位移樣本d[i+P]不超過臨限值，則在步驟1812處，將輸入樣本x[i+P]與臨限值T₃及T₄進行比較。若x[i+P]>T₃，則在步驟1816處，將增益包絡函數f ₂(x[i+P],T ₃)[n]應用於預看緩衝器中之所有輸入樣本(亦即，x[i]、x[i+1]，...，x[i+W])，或若x[i+P]<T₄，則在步驟1816處，將增益包絡函數f ₂(x[i+P],T ₄)[n]應用於預看緩衝器中之所有位移樣本。具體言之，在預看緩衝器1302中，每一樣本x[i+j]由x[i+j]×f ₂(d[i+p],T ₁)[j]替換，其中l=1或2，此取決於步驟1818中超過哪個臨限值。然而，若在步驟1806處超過臨限值，則該程序轉向步驟1808。若d[i+P]>T₁，則在步驟1808處，將增益包絡函數f ₁(d[i+P],T ₁)[n]應用於預看緩衝器中之所有位移樣本(亦即，d[i]、d[i+1]，...，d[i+W])，或若d[i+P]<T₂，則在步驟1808處，將增益包絡函數f ₁(d[i+P],T ₂)[n]應用於預看緩衝器中之所有位移樣本。具體言之，在預看緩衝器1302中，每一樣本d[i+j]由d[i+j]×f ₁(d[i+P],T _k)[j]替換，其中k=1或2，此取決於步驟1806中判定超過哪個臨限值。

在步驟1810處，將輸入樣本x[i+P]與臨限值T₃及T₄進行比較。若未超過任何臨限值，則在步驟1818處，將增益包絡函數f ₁ ^'(d[i+P],T _k )[n]應用於預看緩衝器中之所有輸入樣本，亦即，x[i]、x[i+1]，...，x[i+W]。具體言之，每一樣本x[i+j]由x[i+j]×f ₁ ^'(d[i+P],T _k )[j]替換。若在步驟1810處超過臨限值，則在|f₁(d[i+p],T₁k|與|f ₂(d[i+P],T ₁)[j]|之間進行比較。若|f₁(d[i+p],T₁k|>|f ₂(d[i+P],T ₁)[j]|，則在步驟1818處，將增益包絡函數f ₁ ^'(d[i+P],T _k )[n]應用於預看緩衝器中之所有輸入樣本，否則，在步驟1816處，將增益包絡函數f ₂(x[i+P],T ₁)[n]應用於預看緩衝器中之所有位移樣本。在步驟1820處，將x[i]發送至輸出。在步驟1822處，自預看緩衝器中移除樣本x[i]，且將樣本x[i+W+1]添加至預看緩衝器，以使得預看緩衝器現在保持樣本x[i+1]、x[i+2]，...，x[i+W]、x[i+W+1]。另外，自預看緩衝器中移除樣本d[i]，且將樣本d[i+W+1]添加至預看緩衝器，以使得預看緩衝器現在保持樣本d[i+1]、d[i+2]，...，d[i+W]、d[i+W+1]。在步驟1824處，使索引變數i遞增。可接著在步驟1806處重複該程序。

由f ₁及f ₂指示的應用於位移樣本及輸入樣本之增益包絡函數族可為相同的函數族或可為不同的。為了簡單起見，可對該兩種樣本使用相同函數族。正如圖14中，f ₁ ^'與f ₁為相關增益包絡函數族。然而，在最簡單之狀況f ₁ ^'=f ₁下，藉由引入線性因子，f ₁ ^'與f ₁仍可具有簡單之關係，同時維持解決用以防止機械失真所需之增益與藉由將位移與臨限值進行比較而得以判定之增益因子之間的差異的靈活性。在數學上，此實例可表達為f ₁ ^'(M,T)=f ₁(αM,T)，其中α為預定常數。

系統1600及1700中所說明之原理可擴展至多個模型及多個臨限值條件。圖19展示用於限制輸入信號及由兩個模型產生之兩個導出信號之峰值縮減系統的實施例。系統1900包含三個級聯之峰值縮減系統。第一峰值縮減系統包含模型1202、預看緩衝器604、分析引擎606及模型反向1204。第一峰值縮減系統以與系統1200類似方式操作。基本上，模型1202產生經受臨限值602之導出信號。第二峰值縮減系統包含模型1904、預看緩衝器1908、分析引擎1910及模型反向1906。除了模型1904產生不同導出信號且預看緩衝器1908含有此不同導出信號之一組預看樣本之外，此系統以與系統1200類似方式操作。此導出信號經受臨限值1902。最後，第三峰值縮減系統包含預看緩衝器1604且分析引擎1606可基於輸入信號而縮減峰值。

再次，可以任何合適次序來打亂級聯之次序。此方法之限制在於：其僅在可行反向模型對於所展示之模型中之每一者而言為可用時才適用。另外，每一預看緩衝器使輸出延遲達緩衝器寬度。若緩衝器大小相同，則三級級聯可使輸入與輸出之間的延遲為三倍。

圖20展示用於限制輸入信號及由兩個模型產生之兩個導出信號之峰值縮減系統的實施例。系統2000包含：模型1202，其產生第一導出信號；模型1902，其產生第二導出信號；預看緩衝器2002，其儲存輸入信號之W+1個樣本、第一導出信號之W+1個樣本及第二導出信號之W+1個樣本；及分析引擎2004，其接收用以限制第一導出信號之臨限值602、用以限制第二導出信號之臨限值1902，及用以限制輸入信號之臨限值1602。分析引擎之操作遵循與圖18中所展示之流程圖類似的流程圖，但具有關於可用組合之數目的額外複雜性。總言之，只要i+P處之第一導出信號超過臨限值602，該程序便將一增益包絡函數應用於第一導出信號。只要i+P處之第二導出信號超過臨限值1902，便將一增益包絡函數應用於第二導出信號。關於將哪個增益包絡函數應用於輸入信號之選擇取決於超過哪些臨限值。若i+P處之第一導出信號超過臨限值602，則可能將一相關增益包絡函數應用於該輸入信號。若i+P處之第二導出信號超過臨限值1902，則可能將一相關增益包絡函數應用於該輸入信號。若該輸入信號超過臨限值1602，則可能將一增益包絡函數應用於該輸入信號。實際應用之增益包絡函數為在i+P處使輸入信號衰減最多的三個可能增益包絡函數中之一者。

如上文所描述之圖4描繪裝備有預看峰值縮減之蜂巢式電話。蜂巢式電話易發生諸如異音之機械失真及電氣飽和失真。如上文所描述之圖16描繪一預看峰值縮減系統，其可應用於臨限值602為位移臨限值且臨限值1602為信號臨限值的蜂巢式電話環境。位移臨限值意欲防止異音失真，且信號臨限值意欲防止電子飽和。圖17中所展示之預看峰值縮減系統的替代實施例亦可用以防止蜂巢式電話中之失真。

然而，在許多蜂巢式電話中，供電電壓取決於電池功率位準。隨著蜂巢式電話之電池開始耗乏，給內部電路中之許多者供以動力之電壓開始下降。由於此電壓可在電子組件中之許多者中(尤其在音訊路徑中)界定線性區，故隨著電池功率耗乏，飽和之臨限值將開始減少。因此，應隨著電池功率下降而調整信號臨限值。

圖21為蜂巢式電話中所使用之預看峰值縮減系統之實施例。該峰值縮減系統與圖16中所展示之峰值縮減系統類似。包含模型1202、預看緩衝器604、分析引擎606及模型反向1204之位移部分本質上如先前在圖16中所描述般起作用。電子飽和部分包含儲存信號W+1個信號值之預看緩衝器1604及分析引擎2104。與分析引擎1606不同，分析引擎2104接收電池功率2102而非臨限值1602。除了分析引擎2104自電池功率2102計算待用於峰值縮減中之信號臨限值而非接收信號臨限值之外，分析引擎2104以與分析引擎1606類似方式操作。

圖22為蜂巢式電話中所使用之預看峰值縮減系統之另一實施例。該峰值縮減系統與圖17中所展示之峰值縮減系統類似。如同圖17中之系統，該峰值縮減系統包含模型1202、儲存W+1個輸入樣本及W+1個位移樣本的預看緩衝器1302。與分析引擎1702不同，分析引擎2202接收電池功率2102而非臨限值1602。除了分析引擎2202自電池功率2102計算待用於峰值縮減中之信號臨限值而非接收信號臨限值之外，分析引擎2202以與分析引擎1702類似方式操作。

大體上，可使用合適之動態範圍壓縮或動態增益調整技術來保護輸出使輸出免受電氣飽和失真，且可修改該技術以接受一電池功率位準並基於電池功率而調整信號臨限值。

已證明此等實施方案在蜂巢式電話中用於減少機械失真及由電氣飽和所致之失真方面極其有效。因此，可減少蜂巢式電話中之失真而未感知到響度之減少。

在音訊再現器件中(諸如，在個人電腦中)，放大器具有一特定輸出額定值。同樣，亦給予揚聲器一功率額定值。在典型器件中，放大器通常與具有相同額定值之揚聲器成對。不幸地，功率額定值傾向於基於正弦型信號。當產生方波或產生其他嚴重失真之信號時，放大器實際上可驅動比其額定值多之功率，且在一些狀況下，潛在功率可為功率額定值之雙倍。

雖然專業的在演播室中產生之內容通常不存在此問題，但使用者產生之內容(諸如，Youtube視訊)之消耗在使用方面日益增長，且此內容可含有方波狀信號、失真信號、具有高DC位準之信號，及可造成放大器(尤其，D類放大器)具有比揚聲器額定之輸出位準高的輸出位準的其他有問題之信號類型。又，一些應用程式可將過量增益以數位方式引入至音訊播放中。當在一延長之時間週期內過驅動一揚聲器時，該揚聲器可變成受損的。

一種解決方案為：使放大器與額定值為功率額定值兩倍的揚聲器成對。然而，此情形成本更高，且揚聲器較大且可能不再適應所要形狀因子。另一種解決方案為：將放大器輸出位準設定至其容許功率額定值之。然而，此情形限制放大器可遞送之功率的量。由於非商業及使用者產生之內容的普遍存在，故終端使用者可能不再依賴於不播放潛在損壞之內容。

圖23說明音訊驅動器及裝備有封閉迴路揚聲器保護之揚聲器的實施例。該音訊驅動器包含高通濾波器2304、動態範圍壓縮器(DRC)2306、RMS模組2308、放大器2310及輸出驅動器2312。高通濾波器2304用以防止DC組件被放大。此處所展示之放大器2310為D類放大器，但亦可為與類比放大器耦接之數位至類比轉換器(DAC)。輸出驅動器2312驅動揚聲器2314。在替代實施例中，音訊驅動器可為一級(亦即，放大器2310與輸出驅動器2312組合)或三級(除了其他組態之外)。DRC 2306接收來自RMS模組2308之輸入功率量測結果或估計及功率臨限值2302。

DRC 2306接收來自RMS模組2308之輸出功率量測結果或功率估計及功率臨限值2302。RMS模組2308可包含類比至數位轉換器，此係因為輸出信號可能為類比信號。RMS模組2308亦可對輸出信號進行取樣。在一實施例中，DRC 2306為可調增益放大器，除非放大器之輸出功率大於功率臨限值2302，否則其不進行任何操作。若輸出RMS值大於功率臨限值2302，則將增益設定至，或以dB為單位將增益設定至T-20log₁₀(P _y)，其中T為功率臨限值2302且P _y為輸出功率且P _yy為輸出功率，亦即，P _yy =。輸出RMS值P _y為由方程式(4)給出的輸出信號y之短期平均值。可藉由方程式(5)中所給出之滑動平均值來近似輸出RMS值。

或者，可能更希望以y ²而非y來進行，以便將增益設定至或以dB為單位將增益設定至T-10log₁₀(P _yy)，其中P _yy可由方程式(6)來近似。大體上，可使用任何合適類型之功率平方函數，且該函數可藉由方程式(7)來近似。若，則方程式(7)變成方程式(5)。若h(x)=10log₁₀(x)，則方程式(7)使用如以dB為單位量測之功率，且可將增益設定至T-P _hy。由於過量功率僅在其為持久時才成問題，故可藉由低通濾波該增益或藉由給予增益調整一啟動及釋放時間來使DRC 2306對增益之調整平滑。

在另一實施例中，亦可應用圖6中之預看峰值縮減系統，以便(諸如)藉由方程式(3)將功率併入至增益包絡函數族中。在另一實施例中，亦可應用圖13中之預看峰值縮減系統。

除功率考慮因素之外，峰值控制亦為應用DRC 2306時之另一考慮因素。因此，DRC 2306可調整其增益以用於截斷及用於揚聲器保護。在一實施例中，判定用於截斷控制之增益。然而，若輸出功率仍大於用於揚聲器保護之預定臨限值，則在需要時減少增益以達成揚聲器保護。在另一實施例中，將一增益應用於截斷控制且將一第二獨立增益應用於揚聲器保護，實際上係將兩個DRC級聯，一個DRC用於截斷控制且一個DRC用於揚聲器保護。在又一實施例中，將功率而非音訊信號用作至DRC之輸入。

圖24為可應用於揚聲器保護之動態範圍壓縮系統的另一實施例。該動態範圍壓縮系統包含預看緩衝器604、分析引擎606及DRC 2306。預看緩衝器儲存輸入信號x之W+1個樣本。分析引擎606如上文所描述般起作用。預看緩衝器604及分析引擎606為用以控制用於截斷控制之預看的預看峰值縮減系統。該預看峰值縮減系統接收輸入信號2402及截斷臨限值2406且產生發送至DRC 2306之輸出信號，DRC 2306接收封閉迴路RMS功率2404及RMS臨限值2302。若輸出功率仍大於用於揚聲器保護之預定臨限值，則藉由DRC 2306應用一增益以按上文所描述之方式使功率降低。或者，DRC 2306可導出一獨立於預看峰值縮減器之結果的增益，且應用該增益來產生輸出信號2412。

圖25說明音訊驅動器及裝備有呈開放迴路組態之揚聲器保護的揚聲器的實施例。該音訊驅動器包含高通濾波器2304、DRC 2504、RMS模組2502、放大器2310及輸出驅動器2312。DRC 2504接收來自RMS模組2502之輸入功率量測結果或估計及功率臨限值2302。在一實施例中，DRC 2306為可調增益放大器，除非至放大器之輸入功率大於功率臨限值2302，否則其不進行任何操作。若輸入功率P _xx乘以放大器增益G之平方所得結果大於功率臨限值2302，則將DRC增益設定至，其中T為功率臨限值2302且P _x為輸入功率。再次，可藉由低通濾波該增益或藉由給予增益調整一啟動及釋放時間來使DRC增益平滑。在另一實施例中，亦可應用圖13中之預看峰值縮減系統。模型1202(在應用於此情形時)將輸入樣本x[n]映射至功率樣本P _xx[n]。藉由使用圖13中之預看峰值縮減系統，可減少平滑地應用了功率減少之輸出信號中的功率。在又一實施例中，亦可應用圖6中之預看峰值縮減系統。(諸如)藉由方程式(3)將功率併入至增益包絡函數族中。在再一實施例中，可使用圖6中之預看峰值縮減系統，其中分析引擎606使用圖26中所揭示之方法。

上文所描述之揚聲器保護之實施例保護揚聲器免受延長之過驅動，而不限制「良好」內容之功率輸出。請注意，可使用其他變化，包括不同之組件次序，諸如在放大器之後使用DRC。

應強調，上文所描述之實施例僅為可能的實施方案之實例。在不脫離本發明之原理的情況下，可對上文所描述之實施例作出許多變化及修改。在本文中，所有此等修改及變化意欲包括在本發明之範疇內且受以下申請專利範圍保護。

100．．．音訊驅動器

102．．．預看峰值縮減器

104．．．數位至類比轉換器(DAC)

106．．．放大器

108．．．揚聲器驅動器

110．．．後端音訊驅動器

112．．．驅動揚聲器

200．．．傳輸器

202．．．數位至類比轉換器(DAC)

204．．．放大器

206．．．調變器

208．．．振盪器

210．．．射頻(RF)放大器

212．．．天線

220．．．數位調幅(AM)傳輸器

300．．．數位部分

302．．．音訊輸入資料

304．．．數位音訊輸出

306．．．音訊介面

310．．．資料匯流排

312．．．處理器

314．．．記憶體

316．．．音訊處理模組

318．．．失真模型/失真模組

400．．．蜂巢式電話

402．．．處理器

404．．．顯示I/O

405．．．顯示器

406．．．輸入I/O

407．．．輸入器件

410．．．資料匯流排

412．．．音訊輸出驅動器

414．．．揚聲器

416．．．音訊輸入驅動器

418．．．麥克風

420．．．記憶體

422．．．韌體

432．．．呼叫處理模組

434．．．信號處理模組

436．．．顯示驅動器

438．．．輸入驅動器

440．．．音訊處理模組

442．．．射頻(RF)介面

444．．．天線

450．．．使用者介面

500．．．個人電腦(PC)

502．．．處理器

504．．．輸入/輸出介面

506．．．網路介面器件

508．．．顯示器

510．．．資料匯流排

512．．．音訊介面

520．．．記憶體

522．．．原生作業系統

524．．．音訊應用程式

526．．．軟體音訊驅動器

528．．．信號處理軟體

530．．．大容量儲存器

532．．．音訊檔案

600．．．預看峰值縮減系統

602．．．位移臨限值

604．．．預看緩衝器

606．．．分析引擎

1200．．．系統

1202．．．位移模型

1204．．．模型反向

1300．．．預看峰值縮減系統

1302．．．預看緩衝器

1304．．．分析引擎

1600．．．系統

1602．．．臨限值

1604．．．預看緩衝器

1606．．．分析引擎

1700．．．系統

1702．．．分析引擎

1900．．．系統

1902．．．臨限值

1904．．．模型

1906．．．模型反向

1908．．．預看緩衝器

1910．．．分析引擎

2000．．．系統

2002．．．預看緩衝器

2004．．．分析引擎

2102．．．電池功率

2104．．．分析引擎

2202．．．分析引擎

2302．．．功率臨限值/均方根(RMS)臨限值

2304．．．高通濾波器

2306．．．動態範圍壓縮器(DRC)

2308．．．均方根(RMS)模組

2310．．．放大器

2312．．．輸出驅動器

2314．．．揚聲器

2402．．．輸入信號

2404．．．封閉迴路均方根(RMS)功率

2406．．．截斷臨限值

2412．．．輸出信號

2502．．．均方根(RMS)模組

2504．．．動態範圍壓縮器(DRC)

圖1展示輸出音訊驅動器之實施例；

圖2展示調幅(AM)傳輸器之實施例；

圖3為說明音訊驅動器之數位前端的實施例的圖；

圖4為裝備有預看峰值縮減以補償電氣飽和及機械失真之蜂巢式電話的實施例；

圖5說明裝備有峰值縮減音訊增強之PC的實施例；

圖6說明預看峰值縮減器之實施例；

圖7為說明由分析引擎使用之方法的例示性實施例的流程圖；

圖8為說明由分析引擎之另一實施例使用之方法的例示性實施例的流程圖；

圖9說明增益包絡函數中之所要特性；

圖10展示用於產生一增益包絡函數族之基底函數的實例；

圖11A至圖11D展示可用以產生一增益包絡函數族之基底函數的其他實例；

圖12展示使用位移模型的應用於音訊信號之預看峰值縮減系統的實施例；

圖13展示使用位移模型但不使用模型反向的應用於音訊信號之預看峰值縮減系統的另一實施例；

圖14為說明由分析引擎使用之方法的例示性實施例的流程圖；

圖15為說明由分析引擎之另一實施例使用之方法的例示性實施例的流程圖；

圖16展示用於限制電氣飽和失真與機械失真兩者之峰值縮減系統的實施例；

圖17展示用於限制電氣飽和失真與機械失真兩者之峰值縮減系統的實施例；

圖18為說明由分析引擎使用之方法的例示性實施例的流程圖；

圖19展示用於限制一輸入信號及由兩個模型產生之兩個導出信號之峰值縮減系統的實施例；

圖20展示用於限制一輸入信號及由兩個模型產生之兩個導出信號之峰值縮減系統的實施例；

圖21為蜂巢式電話中所使用之預看峰值縮減系統之實施例；

圖22為蜂巢式電話中所使用之預看峰值縮減系統之另一實施例；

圖23說明音訊驅動器及裝備有封閉迴路揚聲器保護之揚聲器的實施例；

圖24為可應用於揚聲器保護之動態範圍壓縮系統的另一實施例；

圖25說明音訊驅動器及裝備有呈開放迴路組態之揚聲器保護的揚聲器的實施例；及

圖26為說明由分析引擎使用之方法的例示性實施例的流程圖。

2302．．．功率臨限值/均方根(RMS)臨限值

2304．．．高通濾波器

2306．．．動態範圍壓縮器(DRC)

2308．．．均方根(RMS)模組

2310．．．放大器

2312．．．輸出驅動器

2314．．．揚聲器

Claims (19)

1. 一種音訊系統，其包含：一音訊驅動器，該音訊驅動器包括：一位移模型，其可操作以將一數位音訊信號轉換成一位移信號；一預看緩衝器，其可操作以保持該位移信號之複數個樣本；一分析模組，其可操作以判定該預看緩衝器中之該複數個樣本的一樣本是否具有一超過一臨限值之值，且若該樣本超過該臨限值，則將一增益包絡函數應用於該預看緩衝器中之該複數個樣本；及一模型反向，其可操作以將該位移信號轉換回至該數位音訊信號。
2. 如請求項1之系統，其中該樣本係在一預定位置。
3. 如請求項1之系統，其中該增益包絡函數係使用公式來加以選擇，其中：M為該預定位置中之該樣本的該值，T為該給定臨限值且g[n]為一函數，其中g[0]=0、g[W]=0且g[P]=1，其中P為該預定位置之一索引。
4. 如請求項1之系統，其中該增益包絡函數係使用公式來加以選擇，其中：M為該預定位置中之該樣本的該值，T為該給定臨限值且 g[n]為一函數，其中g[0]=0、g[W]=0且g[P]=1，其中P為該預定位置之一索引且G為一預定增益因子。
5. 如請求項1之系統，其進一步包含：一電池位準偵測器，該電池位準偵測器可操作以產生一電池位準信號，該電池位準信號表示一電池之一功率位準，其中該分析模組判定該臨限值作為該電池位準信號之一函數；其中該分析模組亦可操作以接收該電池位準信號且該臨限值係基於該電池功率位準而判定。
6. 如請求項1之系統，其進一步包含：一第二預看緩衝器，其可操作以保持自該模型反向所接收之該數位音訊信號的另外複數個樣本；一第二分析模組，其可操作以在一第二預定位置中的一樣本超過一第二臨限值時，將一增益包絡函數應用於自該模型反向所接收之該另外複數個樣本中之所有樣本。
7. 如請求項1之系統，其包含：一第二位移模型，其可操作以將自該模型反向輸出之該數位音訊信號轉換成一第二位移信號；一第二預看緩衝器，其可操作以保持該第二位移信號之另外複數個樣本；一第二分析模組，其可操作以判定該第二預看緩衝器中之一預定位置之該另外複數個樣本的一樣本是否具有一超過一第二臨限值之值，其係藉由判定在該預定位置 中之該數位音訊信號之該樣本是否超過該第二臨限值來判定；及一第二模型反向，其可操作以將該第二位移信號轉換回至該數位音訊信號。
8. 如請求項1之系統，其中該增益包絡函數係基於在該預看緩衝器中之該等樣本之該值及該臨限值而選擇。
9. 一種音訊系統，其包含：一音訊驅動器，該音訊驅動器包括：一均方根估計(RMS)模組；一動態範圍壓縮器(DRC)，其將一增益應用於一音訊信號，其中判定該DRC之該增益為自該RMS模組之一RMS估計以及一RMS功率臨限之一函數；一位移模型，其可操作以將由該DRC輸出之一音訊信號轉換成一位移信號；一預看緩衝器，其可操作以保持該位移信號之複數個樣本；一分析模組，其可操作以判定該預看緩衝器中之該複數個樣本的一樣本是否具有一超過一臨限值之值，且若該樣本超過該臨限值，則將一增益包絡函數應用於該預看緩衝器中之該複數個樣本；及一模型反向，其可操作以將該位移信號轉換回至該音訊信號。
10. 如請求項9之系統，其中該RMS模組依據自一高通濾波器所接收之功率而產生該RMS估計。
11. 如請求項9之系統，其中該RMS模組依據自一放大器所接收之功率而產生該RMS估計。
12. 如請求項9之系統，其中該RMS模組依據自該音訊驅動器所接收之功率而產生該RMS估計。
13. 如請求項9之系統，其中該樣本係在一預定位置，且其中該增益包絡函數係基於在該預看緩衝器中之該複數個樣本之該值及該臨限值而選擇。
14. 一種用於限制一第一數位信號中之峰值之方法，該方法包含：使用一位移模型將一數位音訊信號轉換成一位移信號；將該位移信號之複數個樣本儲存於一預看緩衝器中；判定該預看緩衝器中之一預定位置中的該複數個樣本中之一樣本是否具有一超過一給定臨限值之值；在該樣本超過該給定臨限值之情況下，將一增益包絡函數應用於該預看緩衝器中之該複數個樣本，其中該增益包絡函數係基於該預看緩衝器中之該複數個樣本的該值及該給定臨限值而選擇；及使用一模型反向該位移信號轉換回至該數位音訊信號。
15. 如請求項14之方法，其中該增益包絡函數係使用公式來加以選擇，其中：M為該預定位置中之該樣本的該值，T為該給定臨限值且 g[n]為一函數，其中g[0]=0、g[W]=0且g[P]=1，其中P為該預定位置之一索引且G為一預定增益因子。
16. 如請求項15之方法，其中G=1。
17. 如請求項14之方法，其進一步包含：接收一電池功率位準；及基於該電池功率位準而判定該給定臨限值。
18. 如請求項14之方法，其中該樣本係在一預定位置。
19. 如請求項14之方法，其進一步包含：儲存該模型反向輸出之該數位音訊信號之另外複數個樣本於一第二預看緩衝器中；基於一第二給定臨限值而限制自該模型反向輸出之該數位音訊信號中的峰值。