TWI556626B - 動態範圍壓縮器 - Google Patents

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TWI556626B
TWI556626B TW102121612A TW102121612A TWI556626B TW I556626 B TWI556626 B TW I556626B TW 102121612 A TW102121612 A TW 102121612A TW 102121612 A TW102121612 A TW 102121612A TW I556626 B TWI556626 B TW I556626B
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珍 喬
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Description

動態範圍壓縮器
本發明係關於根據技術方案1之前序部分的一動態範圍壓縮器。
此種動態範圍壓縮器係從US-PS 6097824知道。
針對已知的動態範圍壓縮器，一般憑藉一輸入信號之受控放大實行一壓縮信號之產生。一般藉由與由一特性線產生器從一包絡信號導出之一控制信號相乘而實行放大之控制。此處，考慮情況為包絡信號從輸入信號導出且因此表示輸入信號之包絡曲線。若以太迅速之一速率控制放大，則此可產生可聽失真。因此，包絡信號及因此亦控制信號一般以使其具有一實質上比輸入信號低之一頻率之方式變平滑，藉此防止干擾之可聽失真。但是，此減慢放大控制之一缺點在於隨著時間推移之放大的變化可變為干擾可聽，其亦稱作「泵抽」效應。
用於減少「泵抽」效應之一已知方法係將輸入信號分割為若干頻帶以用於產生副頻帶信號且具有用於該等副頻帶信號之分開放大控制。此方法稱為多頻帶壓縮(與寬頻帶壓縮相對，其中不存在分割)。在此方法中各自分開導出頻帶之包絡信號及控制信號。然而，此動態範圍壓縮器之輸出信號將明顯不能藉由此分割移除之干擾分量包含於副頻帶中。
本發明之目的係移除此等干擾分量或至少實質上抑制此等干擾分量。為此目的，根據技術方案1之特徵化部分來特徵化根據技術方案1之前序部分之動態範圍壓縮器。在本發明之一較佳實施例中，根 據技術方案2或3特徵化動態範圍壓縮器。進一步而言，在其他子技術方案中定義根據本發明之動態範圍壓縮器之較佳例示性實施例。
本發明係基於以下知識。
一多頻帶壓縮具有以下效果：在若干頻帶中之一者中之一實質上可變包絡曲線(瞬態情況)並不同時影響其他頻帶中之放大控制。以此方式，「泵抽」效應侷限於一副頻帶信號之各自自身頻帶且整體減少。但是，此方法之一缺點在於在非可變或可忽略之可變包絡曲線之情況(穩態情況)中，多頻帶壓縮造成總信號之若干頻率部分之間關係之一干擾性可聽損壞。
用於將輸入信號分割為頻帶之一已知方法係一濾波器組。憑藉該方法，從輸入信號導出副頻帶信號。此等濾波器組之典型特徵為：先不論一可能總延遲，副頻帶信號相加將產生輸入信號(信號和之守恆)。因為功率係音量之一適當當量，所以通常使用功率量測值導出頻帶之包絡帶。可根據需要，藉由對副頻帶信號求平方且隨後使其變平滑而對一副頻帶量測功率。但是，可存在以下缺點：通常並未滿足此等功率之積分和等於輸入信號之積分功率(能量和之守恆)之條件。此係為何對於寬頻帶信號而言，功率總數不一定係音量總數之一當量，使得此等信號基於副頻帶功率之一多頻帶壓縮不一定在關於音量方面以全準確度實行。
本發明之想法在於在一多頻帶壓縮與一寬頻帶壓縮之間產生一連續過渡。為此目的，頻帶之包絡信號在一多頻帶壓縮中彼此耦合以用於導出放大器控制信號，此可假設以下值-每個頻帶之分離值，在協調之前，其等隨時間推移之相對改變保持為與關聯之包絡信號隨時間推移之相對改變相同，使得壓縮用作一純多頻帶壓縮(多頻帶壓縮類型)，-一相同共同值，使得儘管為多頻帶結構，壓縮仍展示與一寬頻 帶壓縮(寬頻帶壓縮類型)之壓縮相同，及亦-在兩個以上提及之情況之間之中間值，使得壓縮展現在該等壓縮類型之間的一瞬態行為。
包絡信號之耦合係以使寬頻帶壓縮類型之共同值等於穩態包絡信號之和之一方式實行。
此意味著倘若包絡信號等效於輸入信號之音量部分，則穩態包絡信號之和等效於輸入信號之總音量。
此外，包絡信號之耦合係以下列方式實行：一頻帶之一個別包絡信號中之一瞬時改變引起與此改變成比例之放大控制信號中之一瞬時改變，但是並不引起剩餘頻帶之放大控制信號中之一瞬時改變。此意味著倘若包絡信號等效於輸入信號之音量部分，則一包絡信號之瞬時改變等效於輸入信號之關聯音量部分之瞬時改變。
此外，包絡信號之耦合以下列方式實行：從一多頻帶壓縮至一寬頻帶壓縮存在一隨著時間推移之連續弛緩。例如，此意味著對於一包絡曲線之一單一突然改變，在改變瞬時(即在瞬態情況中)，壓縮具有多頻帶類型，壓縮隨後經過一連續過渡，接著該壓縮在一恆定包絡曲線中以穩態情況結束，其中壓縮具有寬頻帶類型。有利的是，壓縮類型之弛緩具有以下效果：兩個「泵抽」效應皆侷限於一副頻帶信號之其各自自身頻帶且亦防止穩態包絡曲線下副頻帶信號之間之關係之損壞。
對於使用從耦合包絡信號導出之放大控制信號之一壓縮而言，包絡耦合之上述特性一起使得壓縮信號之信號音量之一通常非所期望之額外調變變小。若包絡信號正好等效於輸入信號之音量部分，則此調變最小。即使等效值僅應用於一近似值中，但是包絡信號之該耦合仍具有可減少失真及「泵抽」效應之該有利效果，然而其中此效果之程度少得多。
進一步而言，在以下進一步想法中揭露細節。
如已提及，若包絡信號等效於輸入信號之音量部分，則為有利的。由於包絡信號由副頻帶功率信號形成，該等副頻帶功率信號之積分和等於輸入信號之積分功率(能量和之守恆)，因此可達成此結果。藉此，副頻帶功率信號將輸入信號之功率本質上分割為若干相同頻帶，如在相同頻帶中，輸入信號分割為若干副頻帶信號。副頻帶信號係憑藉一濾波器組從輸入信號導出，該濾波器組具有信號和守恆之特性且此外由亦從輸入信號導出之副頻帶補充信號之許多輸出擴展。對於每個頻帶分割，存在一個副頻帶補充信號。每個副頻帶功率信號係從各自頻帶之取平方之副頻帶信號及與頻帶關聯之一取平方之副頻帶補充信號之一組合導出。此具有以下效果：除了一可能延遲之外，經積分平方之副頻帶信號及經積分平方之副頻帶補充信號再次相加以給出經積分平方之輸入信號(能量和守恆)。
此外，取平方之副頻帶補充信號之一部分在與取平方之副頻帶信號組合之前可視情況重新分佈。導出副頻帶補充信號之此修改方式導致較平滑之包絡信號且藉此有利的是失真之一減少。此外，由於此種導出，可最佳化信號分割之頻帶限制與功率分割之頻帶限制之匹配。
可藉由憑藉平滑濾波器，視情況增加包絡信號之額外個別平滑來有利地達成失真上之一進一步減少。
一進一步優點可視情況源自平滑濾波器之設定頻帶以平滑濾波器之頻寬隨著各自頻帶之頻寬增加而增加之方式所具有之相依性。由於放大之過快及過慢控制，所以此導致改進可能損害之間之折衷。
藉由使用關於聽覺最佳化之權重因數而視情況使副頻帶功率信號之頻帶相依權重相加，在音量之當量方面有利地達成較高準確度。
100‧‧‧動態範圍壓縮器之輸入
101‧‧‧副頻帶分割裝置之輸入
102‧‧‧副頻帶分割裝置
103.1至103.K‧‧‧副頻帶分割裝置之輸出
104‧‧‧放大器單元
105‧‧‧副頻帶組合裝置
106‧‧‧動態範圍壓縮器之輸出
107‧‧‧包絡偵測裝置
108.1至108.K‧‧‧包絡偵測裝置之輸入
109.1至109.K‧‧‧包絡偵測裝置之輸出
110‧‧‧放大器控制裝置
111.1至111.K‧‧‧放大器控制裝置之輸入
112.1至112.K‧‧‧放大器控制裝置之輸出
113.1至113.K‧‧‧副頻帶組合裝置之輸入
210‧‧‧放大器控制裝置
211.1至211.K‧‧‧除法器單元/除法電路
212.k‧‧‧除法器單元之第一輸入
213.k‧‧‧除法器單元之第二輸入
214.k‧‧‧除法器單元之輸出
215.1至215.K‧‧‧低通濾波器單元
216.k‧‧‧低通濾波器單元之輸入
217k‧‧‧低通濾波器單元之輸出
218.1至218.K‧‧‧信號組合單元之輸入
219‧‧‧信號組合單元
220‧‧‧信號組合單元之輸出
221‧‧‧組合信號
222.1至222.K‧‧‧乘法單元/乘法電路
223.k‧‧‧乘法單元之第一輸入
224.k‧‧‧乘法單元之第二輸入
225.k‧‧‧乘法單元之輸出
401‧‧‧副頻帶分割裝置之輸入
402‧‧‧副頻帶分割裝置
407‧‧‧包絡偵測單元
410‧‧‧放大控制電路
510‧‧‧放大控制電路
516‧‧‧線
607‧‧‧包絡偵測單元
610‧‧‧包絡偵測單元之輸入
700.1‧‧‧第一分支之輸入
700.2‧‧‧第二分支之輸入
701.1‧‧‧副頻帶分割裝置之輸入
701.2‧‧‧副頻帶分割裝置之輸入
702.1‧‧‧副頻帶分割裝置
702.2‧‧‧副頻帶分割裝置
703.1至703.K‧‧‧輸出
704.1‧‧‧放大器單元
704.2‧‧‧放大器單元
705.1‧‧‧副頻帶組合裝置
705.2‧‧‧副頻帶組合裝置
706.1‧‧‧動態範圍壓縮器之輸出
706.2‧‧‧動態範圍壓縮器之輸出
707.1‧‧‧包絡偵測單元
707.2‧‧‧包絡偵測單元
708.1至708.K‧‧‧包絡偵測單元之輸入
710‧‧‧信號區塊
711.1至711.K‧‧‧信號區塊之輸入
712.1至712.K‧‧‧信號區塊之輸出
720.1至720.K‧‧‧包絡偵測裝置之輸出
721.1至721.K‧‧‧輸出
722.1至722.K‧‧‧包絡偵測單元之輸入
723.1至723.K‧‧‧包絡偵測單元之輸出
725‧‧‧放大器控制裝置
726.1至726.K‧‧‧信號組合單元
(dA/dE)斜率‧‧‧曲線之梯度
A‧‧‧放大
A1至AK‧‧‧放大器
Dk‧‧‧延遲單元
E‧‧‧包絡
EDk‧‧‧包絡偵測器
EDK‧‧‧偵測器
EDk+1‧‧‧包絡偵測器
E偏置‧‧‧工作點
f1‧‧‧頻寬
F1.1及F1.2‧‧‧濾波器電路
f2‧‧‧頻寬
F2.1至F2.3‧‧‧濾波器電路
f3‧‧‧頻寬
Fk.1、Fk.2及Fk.3‧‧‧濾波器電路
fm‧‧‧輸入信號之頻寬
fn‧‧‧較低截止頻率
fo‧‧‧截止頻率
fp‧‧‧截止頻率
G1‧‧‧輸入信號
G2‧‧‧輸出信號
G3‧‧‧輸出信號
Gk‧‧‧輸入信號
Gk+1‧‧‧輸出信號
H1‧‧‧信號
Hk‧‧‧輔助信號
HK‧‧‧輔助信號
Hk+1‧‧‧輔助信號
L1‧‧‧輸出信號
L2‧‧‧輸出信號
LK‧‧‧輸入信號
Lk 2‧‧‧取平方之信號
LK 2‧‧‧取平方之信號
Lk及Nk‧‧‧濾波器電路之輸出信號
Mk.2‧‧‧乘法器
Pk‧‧‧包絡信號
PK‧‧‧包絡信號
QK.1‧‧‧平方器
Qk.1及Qk.2‧‧‧平方器
SBF1至SBFK‧‧‧子副頻帶濾波器
SBk‧‧‧頻率子副頻帶
Sk.1‧‧‧加法器
Sk.2‧‧‧減法器
Sk.3‧‧‧加法器
SK.3‧‧‧加法器
SSB1至SSBK‧‧‧子副頻帶信號
Vk‧‧‧衰減器單元
在圖式之以下描述中，進一步詳細解釋本發明，其中圖1展示根據本發明之動態範圍壓縮器之一第一例示性實施例，圖2展示圖1之動態範圍壓縮器之放大控制裝置之一實施例，圖3展示動態範圍壓縮器之壓縮特性，圖4展示圖1之動態範圍壓縮器中之副頻帶分割裝置之一可行實施例，圖5展示圖1之副頻帶分割裝置中之多種信號，圖6展示圖1之動態範圍壓縮器中之包絡偵測器之一例示性實施例，及圖7展示根據本發明之動態範圍壓縮器之一第二例示性實施例。
圖1展示根據本發明之動態範圍壓縮器之一第一例示性實施例。動態範圍壓縮器具有副頻帶類型且具備用於接收一寬頻帶輸入信號(特定言之，一寬頻帶音訊信號)之一輸入100。輸入100耦合至一副頻帶分割裝置102之一輸入101，該副頻帶分割裝置102用於將寬頻帶輸入信號分割為在輸出103.1、103.2、....103.k、....103.K處供應之關聯頻率副頻帶SBk中之K個副頻帶信號SSBk。K係大於1之一整數。較佳的是，K32成立。寬頻帶輸入信號一般係可能已經數位化之一音訊信號，其具有通常15kHz至30kHz之數量級之一頻寬。窄頻帶副頻帶信號較佳的是具有同等相對頻寬之帶通信號及一補充低通信號。K之一典型值係10，其中帶通信號分別涵蓋1及2之一比率下之一頻率範圍(倍頻濾波器組)且在此等頻率範圍之最低者下涵蓋低通信號。因此，「窄頻帶」中之「窄」應理解為：比(寬頻帶)輸入信號之頻寬窄。
提供一放大器單元104，其用於利用一關聯之放大因數放大K個副頻帶信號之各者以用於產生K個放大副頻帶信號。K個放大副頻帶信號經供應至一副頻帶組合裝置105。副頻帶組合裝置經調適以組合 K個放大副頻帶信號以用於產生一輸出信號，該輸出信號係寬頻帶輸入信號關於動態範圍進行壓縮之一版本且在動態範圍壓縮器之一輸出106處供應。提供一包絡偵測裝置107，其用於產生K個包絡信號，該等包絡信號之各者係針對各自頻率副頻帶SBk之一者。包絡偵測裝置107之輸入108.1、....、108.k、......108.K與副頻帶分割裝置102之各自輸出103.1、....103.k、.....103.K耦合。在包絡偵測裝置107之各自輸出109.1、....、109.k、.....109.K處供應各自包絡信號。包絡偵測裝置107之輸出與一放大器控制裝置110之各自輸入111.1、....、111.k、....111.K耦合。放大器控制裝置110經調適以用於取決於在其等輸入111.1至111.K處供應之K個包絡信號而產生K個放大器控制信號，其中K個放大器信號之各者表示K個放大因數之一者。在輸出112.1至112.K處供應產生之K個放大器控制信號。特定言之，放大器控制裝置110取決於多於K個包絡信號中之一者而產生一放大器控制信號。放大器控制裝置110之輸出112.1至112.K與放大器單元104中之各自放大器A1至AK之控制輸出耦合，且放大器制控信號根據各自放大因數實現放大器中之一放大。此外，放大器A1至AK之輸入與副頻帶分割裝置102之輸出103.1至103.K耦合。放大器A1至AK之輸出與副頻帶組合裝置105之各自輸入113.1至113.K耦合。
根據本發明，取決於多於K個包絡信號中之一者，在放大器控制裝置110中導出放大器控制信號。較佳的是，取決於所有K個包絡信號導出一放大器控制信號。
特定言之，放大器控制裝置經調適以用於取決於所有K個包絡信號產生所有放大器控制信號。
放大器控制裝置經進一步調適以在寬頻帶輸入信號展示一瞬態行為時針對不同副頻帶產生不同放大因數且經調適以在寬頻帶輸入信號展示一近似穩態行為之情況中，針對不同副頻帶產生大約相等之放 大因數。此將在下文作更進一步詳細解釋。
圖2展示圖1之動態範圍壓縮器之放大器控制裝置110之一實施例。本文用參考符號210指示之放大器控制裝置包含K個除法器單元211.1至211.K，各者具有與放大器控制裝置210之K個輸入111.1至111.K之一關聯輸入111.k耦合之一第一輸入212.k，且具有一第二輸入213.k及一輸出214.k。
提供K個低通濾波器單元215.1至215.K，其等分別具有與放大器控制裝置210之K個輸入之一關聯輸入111.k耦合之一輸入216.k，且具有與K個關聯之除法器單元211.1至211.K中之一者之一關聯之第二輸入213k耦合之一輸出217.k。K個低通濾波器單元215.1至215.K之輸出217.k與一信號組合單元219之關聯輸入218.1至218.K耦合。信號組合單元219提供有一輸出220。信號組合單元219經調適以取決於在其K個輸入218.1至218.K處接收之信號而產生一組合信號221。
提供K個乘法單元222.1至222.K，各者具有與K個除法器單元211.k中之一者之一關聯輸出214.k耦合之一第一輸入223.k，具有與信號組合單元219之輸出220耦合之一第二輸入224.k且具有一輸出225.k。在輸出225.1、....225.k、....225.K處，存在輸出信號，其等表示供應至放大器A1至AK之晶粒放大因數。為此目的，乘法單元222.k之輸出225.k與放大器控制裝置210之關聯輸出112.k耦合。
較佳的是，低通濾波器單元215.1至215.K經調適以執行施加至其等輸入處之信號之低通濾波，其中濾波導致一非負脈衝回應，諸如第一階低通濾波。信號組合單元219較佳的是一加法電路，其使其輸入處之信號相加以在輸出220處獲得輸出信號。一除法電路(諸如除法電路211.k)之操作方式為其將輸入111.k處之輸入信號除以低通濾波器216.k之輸出處之經低通濾波之輸入信號。
此設計具有以下效果：除法電路之輸出信號在關聯之包絡曲線 之快速改變與緩慢改變之間形成一比率。在副頻帶信號係穩態之情況下，此比率係大約等於1，但是反之在瞬態情況中，其發出瞬態包絡改變(瞬態比率)之信號。例如，若存在一突然上升，則比率將為高於1之一值，藉此指示上升之程度。若所有副頻帶係穩態，則所有副頻帶之放大器控制信號將大約相等，即，等於信號組合單元之輸出信號。由於關聯乘法電路之效果，一旦一副頻帶中發生自此穩態整體狀態之一瞬態偏離，瞬態比率即施加至關聯之放大器控制信號。此具有以下效果：針對所有副頻帶之穩態整體狀態，達成一緩慢放大控制，且同時針對個別副頻帶之瞬態偏離，達成一快速放大控制。低通濾波器確保瞬態行為與穩態行為之間存在一弛緩過渡。進一步而言，剛剛描述之類型之包絡行為之所有漸進及組合形式類似地導致放大器控制信號之對應漸進及組合形式。
一乘法電路(諸如乘法電路222.k)將其等輸入處之信號彼此相乘以用於導出乘法電路之輸出信號且因此導出放大器控制信號之輸出信號以用來控制放大器Ak中之放大。
在此點上應提及，可以多種方式修改圖2之放大器控制裝置210之電路組態而不改變電路之效果。因而，除法器單元211.1至211.K可配置於電路之一不同位置中，即(1)在K個乘法單元222.1至222.K之後，即，在K個乘法單元222.1至222.K之輸出與關聯之輸出112.1至112.K之間之連接中，或(2)在從信號組合單元219之輸出220至K個乘法單元222.1至222.K之各自第二輸入之連接中。
圖3展示動態範圍壓縮器之一壓縮特性之一實例。在圖3中，放大A(以dB為單位)指示為包絡E(以dB為單位)之一函數。放大器裝置之下降特性控制曲線(在此情況中為一直線)造成如下效果：放大A減少得越多，稱作E之放大器控制信號變得越強。對於放大器控制信號之某一值(即，在工作點E偏置)，放大係0dB，此意味著在此情況中之信號 未放大。工作點適於固定一音量目標值。減弱比目標值大聲之信號，且放大比目標值小聲之信號，此具有壓縮動態範圍之效果。特性曲線之梯度(dA/dE)斜率決定壓縮之程度；對於-1dB/dB之一梯度值，動態壓縮效果在其最大值。通常，關於「滿標度」輸出驅動位準，-1dB/dB<=(dA/dE)斜率<0dB/dB且-40dB<=E偏置<=-6dB係成立的。E偏置及(dA/dE)斜率可提供為控制輸入以使得其等可由使用者使用來設定之。
圖4展示根據圖1之動態範圍壓縮器中之副頻帶分割裝置102(其在圖4中由參考符號402指示)之一可行實施例。如從當前最先進技術知道，副頻帶分割裝置102一般可由具有帶通特性之K個窄頻帶副頻帶濾波器之一並行連接建構，該等濾波器較佳地完全重新建構。但是，在圖4中，副頻帶濾波器SBF1至SBFK以一不同方式建構。在此情況中，K個副頻帶濾波器SBF1至SBFK串聯連接，其中一副頻帶濾波器SBFk之一第一輸出與一隨後副頻帶濾波器SBFk+1之輸入耦合，第一副頻帶濾波器SBF1之輸入與副頻帶分割裝置402之輸入401耦合。對於第k個副頻帶濾波器SBFk，確切之構造詳細展示於圖4中。副頻帶濾波器SBFk裝備有濾波器電路Fk.1、Fk.2及Fk.3、一延遲單元Dk及一衰減器單元Vk。所有濾波器電路Fk.1、Fk.2及Fk.3包含實現2k-1 T之一信號延遲之一延遲單元，其中T係信號之取樣值之取樣時間。濾波器電路Fk.1及Fk.3亦包含一加法電路及一減法電路。濾波器電路Fk.2亦包含一加法電路。延遲電路Dk實現(2K-2k).T之一信號延遲。
濾波器電路Fk.3產生指示為Lk及Nk之兩個輸出信號，其等用作副頻帶濾波器SBFk之輸出信號，其中信號Lk將認作主輸出信號且Nk認作一種輔助信號，其功能稍後將作出解釋。所有其他副頻帶濾波器亦產生兩個輸出信號。僅副頻帶濾波器SBFK僅產生一輸出信號LK。
濾波器電路Fk.1及Fk.2實現施加至一副頻帶濾波器SBFk之輸入信號Gk之低通濾波以用於獲得輸出信號Gk+1。濾波器電路Fk.1及Fk.3實現施 加至一副頻帶濾波器SBFk之輸入信號Gk之高通濾波以用於維持輸出信號Lk。濾波器電路Fk.1及Fk.2進一步實現施加至一副頻帶濾波器SBFk之輸入信號Gk之一帶通濾波以用於獲得輔助信號Nk。將參考圖5對此作出進一步解釋。
圖5a以一示意性方式展示輸入401處之輸入信號且展示作為信號G1供應至第一副頻帶濾波器電路SBF1之寬頻帶輸入信號之頻寬f1。舉一實例而言，此處假設之頻寬係24kHz。濾波器電路F1.1及F1.2之串聯連接之低通濾波器特性指示於圖5b中且展示小於輸入信號之頻寬之一頻寬f2(在此實例中，等於12kHz)。因此，濾波器電路F1.1及F1.2及因此副頻帶濾波器SBF1之輸出信號G2之頻寬小於輸入信號G1之頻寬。濾波器電路F1.1及F1.3之串聯連接之高通濾波器特性展示於圖5c中且展示小於f1之頻寬之一較低截止頻率。在此實例中，此較低截止頻率等於截止頻率f2，即，等於12kHz。因此，濾波器電路F1.1及F1.3之頻寬與輸入信號G1(關於其頻寬，限於f1)一起導致如圖5d中所示之介於12kHz與24kHz之間之一經帶通濾波之輸出信號L1。
圖5b展示作為信號G2供應至第二副頻帶濾波器電路SBF2之輸入信號之頻寬。副頻帶濾波器電路SBF2中之濾波器電路F2.1及F2.2之串聯連接之低通濾波器特性指示於圖5e中且展示小於輸入信號G2之頻寬之一頻寬f3。在此實例中，頻寬等於6kHz。因此，濾波器電路F2.1及F2.2及因此副頻帶濾波器SBF2之輸出信號G3之頻寬小於輸入信號G2之頻寬。濾波器電路F2.1及F2.3之串聯連接之高通濾波器特性指示於圖5f中且展示小於f2之一較低截止頻率。在此實例中，較低截止頻率等於截止頻率f3，即等於6kHz。因此，結合輸入信號G2(關於其頻寬，限於f2)之濾波器電路F2.1及F2.3之頻寬導致如圖5g中所示之介於6kHz與12kHz之間之一經帶通濾波之輸出信號L2。
圖5h至圖5j具有相較於圖5a至圖5g中之頻率軸延伸之頻率軸。圖 5h展示作為信號Gk供應至第k個副頻帶濾波器電路SBFk之輸入信號之頻寬fm。副頻帶濾波器電路SBFk中之濾波器電路Fk.1及Fk.3之串聯連接之高通濾波器特性指示於圖5i中且展示小於fm之一較低截止頻率。在此實例中，指示為fn之較低截止頻率等於頻率fm之一半。因此，結合輸入信號Gk(在其頻寬上，限於fm)之濾波器電路Fk.1及Fk.3之頻寬導致如圖5j中所示之介於fn與fm之間之一經帶通濾波之輸出信號Lk。
圖5k至圖51具有相較於圖5h至圖5j中之頻率軸延伸之頻率軸。圖5k展示在副頻帶濾波器電路SBFK-1之第二輸出處提供之輸出信號LK-1之頻寬。以相同方式，副頻帶濾波器電路SBFK-1在其第一輸出處產生輸出信號GK及因此副頻帶信號LK。
因此，在此實例中，對於K=10，截止頻率位於(fp=)46,875Hz，(fo=)93,7Hz、187,5Hz、375Hz、750Hz、1,5kHz、3kHz，(f3=)6kHz，(f2=)12kHz且(f1=)24kHz。
在圖5m中，最終副頻帶濾波器電路SBFk之輸出信號Lk、Nk及Lk+1指示為經帶通濾波之信號。可清楚地看出，輔助信號Nk係窄頻帶副頻帶信號Lk與Lk+1之間之頻率範圍中之一窄頻帶輔助信號。
存在K-1個輔助信號Nk之原因係，雖然副頻帶信號Lk相加起來等於寬頻帶原始信號(除了對於此討論而言不相關之一延遲之外)，但是此等副頻帶信號Lk積分時之功率Lk 2相加起來一般並不會等於寬頻帶原始信號之積分功率。若僅副頻帶信號Lk用於導出副頻帶包絡，則原始信號之音量不能由此等副頻帶包絡之總數準確地表示，而是取決於信號將包含誤差。為了補償此等誤差，使用額外輔助信號Nk。因為輔助信號Nk補充濾波器組而導致一正交系統之事實，所以其等供應應作為一補充以按比例調整之輔助信號功率a．Nk 2之形式相加之缺少功率，其中一適當按比例調整因數係值a=2。關聯之按比例調整輔助信號功率相加至每個副頻帶信號功率，藉此達成誤差補償。
參見圖4，輸出信號Lk與Nk(其中k=1、2、....K-1)及LK饋送至包絡偵測單元407。輸出信號Lk(其中k=1、2、....K)饋送至放大器單元(其匹配圖1中之放大器單元104)。圖4亦示意性展示圖1之放大控制電路110，但是在圖4中該放大控制電路用參考符號410標記。亦展示不同區塊之間之多種連接線。
圖6展示根據圖1之動態範圍壓縮器中之包絡偵測裝置107之一可行實施例，其中圖6中之包絡偵測單元由參考符號607指示。
如上文已提及，此包絡偵測單元607連同圖4中之副頻帶分割裝置402工作。因此，包絡偵測單元607從圖4中之副頻帶分割裝置402接收信號Lk與Nk(其中k=1、2、....K-1)及LK。
包絡偵測單元607具有用於接收輔助輸入信號H1之一輸入610。輸入610耦合至接地處。信號H1作為一輔助信號供應至一包絡偵測器ED1。
對於每個副頻帶SBk，包絡偵測單元607包含一包絡偵測器EDk，其中k=1、2、...K。偵測器EDk(其中k=1、2、...K-1)接收關聯之輸入信號Lk及Nk，其等憑藉一平方器Qk.1及Qk.2在偵測器EDk中求平方。取平方之信號Lk 2饋送至一加法器Sk.3。取平方之信號Nk 2在與一值a(較佳地，等於2)相乘之後饋送至加法器Sk.3且在該處與一輔助信號Hk相加。加法器Sk.1之輸出信號在一乘法器Mk.2中相乘之後作為輔助信號Hk+1饋送至最近包絡偵測器EDk+1。乘法器Mk.2及一減法器Sk.2之電路實現施加至加法器Sk.1之輸出信號與(1-b)之一值之一相乘且產生供應至加法器Sk.3之第二輸入之一信號。
加法器Sk.3之輸出信號係包絡信號Pk。
對於值b，0b1較佳地為成立的。若b=0，則包絡偵測單元607簡化而導致未耦合之包絡偵測器(因此無輔助信號Hk)及乘法器Mk.1之輸出與加法器Sk.3之第二輸入之間之一直接耦合，使得可省略加法 器Sk.1及Sk.2。若b=0.5，則由於可省略加法器Sk.2之事實，所以包絡偵測單元607亦簡化。
偵測器EDK接收關聯之輸入信號LK，其憑藉平方器QK.1在偵測器EDK中求平方。取平方之信號LK 2饋送至一加法器SK.3且在其中相加以形成一輔助信號HK。
加法器SK.3之輸出信號係包絡信號PK。
包絡信號Pk(其中k=1、2、...K)經由匹配圖4中之線416之一線516饋送至放大控制電路510。
包絡信號之此導出係基於信號功率之原理。可藉由關於圖5作出之觀察解釋單元Qk.1、Qk.2、Mk.1及Sk.3之效果。以此方式，在就支持使用包絡曲線來獲得一低失真放大控制而言之事實上，達成關於副頻帶信號中之頻率部分之包絡曲線之一相對較低波紋度。因為由於使按比例調整之輔助信號功率相加，副頻帶包絡之頻率重點已在某種程度上相對於關聯之副頻帶信號之頻率重點移動，所以在單元Sk.1、Mk.2及Sk.2之幫助下可視情況使各自頻帶之副頻帶功率之一小部分分支出來，使得此量傳遞至下一個較低頻帶。副頻帶功率之和保持未變。此補償頻率重點上之移位。可最佳化部分因數b。若在所有包絡偵測單元中，b=0.5，則獲得副頻帶包絡之一特別平滑之脈衝回應。
由於圖1中之副頻帶分割裝置(102)如圖4中所示般建構之事實，所以副頻帶組合裝置105可以一非常簡單方式實施，即其可操作為僅施加至K個放大之副頻帶信號之一純信號加法器。
圖7示意性展示在一立體聲音訊信號將受控於動態範圍中之情況中，根據本發明之動態範圍壓縮器之一第二例示性實施例。動態範圍壓縮器由兩個分支形成，一個分支針對兩個立體聲聲道中之各者。第一分支由用於接收兩個立體聲音訊信號中之一者(例如，左信號)之一輸入700.1形成。輸入700.1與一副頻帶分割裝置702.1之一輸入701.1 耦合以用於將寬頻帶輸入信號分割為在K個輸出703.1至703.K上供應之K個副頻帶信號。提供一放大器單元704.1，其用於利用一關聯之放大因數放大K個副頻帶信號之各者以用來產生K個放大副頻帶信號。K個放大副頻帶信號供應至一副頻帶組合裝置705.1。副頻帶組合裝置705.1經調適以組合K個放大副頻帶信號以用於產生一輸出信號，在動態範圍壓縮器之一輸出706.1處供應該輸出信號。提供一包絡偵測單元707.1，其用於產生K個包絡信號，該等包絡信號之各者針對各自頻率副頻帶SBk之一者。包絡偵測單元707.1之輸入708.1至708.K與副頻帶分割裝置702.1之各自輸出703.1至703.K耦合。在包絡偵測單元707.1之輸出720.1至720.K處供應各自包絡信號至一放大器控制裝置725。
第二分支由用於接收兩個立體聲聲道音訊信號中之另一者(例如，右信號)之一輸入700.2形成。輸入700.2與一副頻帶分割裝置702.2之一輸入701.2耦合以用於將寬頻帶輸入信號分割為在K個輸出721.1至721.K處供應之K個副頻帶信號。提供一放大器單元704.2，其用於利用一關聯之放大因數放大K個副頻帶信號之各者以用來產生K個放大副頻帶信號。K個放大副頻帶信號供應至一副頻帶組合裝置705.2。副頻帶組合裝置705.2經調適以組合K個放大副頻帶信號以用於產生一輸出信號，在動態範圍壓縮器之一輸出706.2處供應該輸出信號。提供一包絡偵測單元707.2，其用於產生K個包絡信號，該等包絡信號之各者針對各自頻率副頻帶SBk之一者。包絡偵測單元707.2之輸入722.1至722.K與副頻帶分割裝置702.2之各自輸出721.1至721.K耦合。在包絡偵測單元707.2之輸出723.1至723.K處亦供應各自包絡信號至放大器控制裝置725。
放大器控制裝置725經調適以用於取決於來自包絡偵測器707.1之K個包絡信號及取決於來自包絡偵測器707.2之K個包絡信號而針對放 大器單元704.1產生K個放大因數且用於針對放大器單元704.2產生K個放大因數。
為此目的，包絡單元707.1之輸出720.1至720.K及包絡單元707.2之輸出723.1至723.K與放大器控制裝置725之關聯輸入耦合。
在放大器控制裝置725之一實施例中，放大器控制裝置725包含K個信號組合單元726.1至726.K；特定言之，此等信號組合單元係信號加法器。一信號組合單元726.k經調適以用於將來自包絡偵測器707.1之輸出720.k之包絡信號與來自包絡偵測器707.2之輸出723.k之包絡信號組合(相加)(此針對k等於1至K)。
K個信號組合單元726.1至726.K之K個輸出信號供應至一信號區塊710之關聯輸入711.1至711.K。在一實施例中，此信號區塊710看起來與如圖2中描述之放大器控制裝置210完全一樣。
信號區塊710之輸出712.1至712.K表示放大器控制裝置725之K個輸出且與放大器單元704.1中之放大器之控制輸入耦合以用於將K個放大器控制信號饋送至此等放大器且因此用於控制此等放大器中之放大。此等輸出712.1至712.K亦與放大器單元704.2中之放大器之控制輸入耦合以用於將K個放大器控制信號饋送至此放大器且因此用於控制此等放大器中之放大。一放大器控制信號730.k供應至放大器單元704.1之放大器Ak且供應至放大器單元704.2之放大器Ak兩者以用於控制此等放大器中之放大(其中k等於1至K)。
根據本發明，放大器控制裝置725經調適以用於取決於多於2K個包絡信號中之一者而產生放大器控制信號中之一者。特定言之，放大器控制裝置725經調適以用於取決於所有2K個包絡信號而產生一放大器控制信號。特定言之，放大器控制裝置725經調適以用於取決於所有2K個包絡信號而產生所有2K個放大器控制信號。由於信號區塊710中之一信號組合電路(此為圖2中之信號組合電路219)使在其等輸入處 供應之所有信號相加在一起，所以此可達成。
根據圖7之動態範圍壓縮器以下列方式操作：放大器控制裝置710經調適以用於在寬頻帶立體聲信號展示一瞬態行為之情況中，針對兩個立體聲信號之不同副頻帶產生不同放大因數，且在寬頻帶立體聲信號展示一近似穩態行為之情況中，針對兩個立體聲信號中之不同副頻帶產生大約相等之放大因數。
此外，動態範圍壓縮器以下列方式操作：放大器控制裝置710經調適以在此副頻帶中發生一瞬態時將兩個立體聲信號中之一者中之一副頻帶中之放大器控制從兩個立體聲信號之另一個副頻帶中之放大器控制解耦。
特定言之，動態範圍壓縮器經操作，使得放大器控制裝置710經調適以用於在已完成瞬態之後，耦合所有副頻帶中之放大器控制以用於針對兩個立體聲信號之所有副頻帶產生一相等放大因數。
100‧‧‧動態範圍壓縮器之輸入
101‧‧‧副頻帶分割裝置之輸入
102‧‧‧副頻帶分割裝置
103.1至103.K‧‧‧副頻帶分割裝置之輸出
104‧‧‧放大器單元
105‧‧‧副頻帶組合裝置
106‧‧‧動態範圍壓縮器之輸出
107‧‧‧包絡偵測裝置
108.1至108.K‧‧‧包絡偵測裝置之輸入
109.1至109.K‧‧‧包絡偵測裝置之輸出
110‧‧‧放大器控制裝置
111.1至111.K‧‧‧放大器控制裝置之輸入
112.1至112.K‧‧‧放大器控制裝置之輸出
113.1至113.K‧‧‧副頻帶組合裝置之輸入
SSB1至SSBK‧‧‧副頻帶信號
A1至AK‧‧‧放大器
E偏置‧‧‧工作點
(dA/dE)斜率‧‧‧曲線之梯度

Claims (17)

  1. 一種副頻帶(subband)類型之動態範圍壓縮器，其包括：一輸入(100)，其用於接收一寬頻帶輸入信號以用來對其執行一動態壓縮，一副頻帶分割裝置(102)，其用於將該寬頻帶輸入信號分割為K個窄頻帶副頻帶信號(SSB1、.....SSBk、.......、SSBK)，其中K係大於1之一整數，一放大器單元(104)，其用於使該K個副頻帶信號之各者各自放大一放大因數(A1、......AK)以獲得K個放大副頻帶信號，一副頻帶組合裝置(105)，其用於組合該K個放大副頻帶信號以獲得一寬頻帶輸出信號，該寬頻帶輸出信號係該寬頻帶輸入信號之一動態壓縮版本，一包絡偵測裝置(107)，其用於針對該K個副頻帶之各者產生K個各自包絡信號，一放大器控制裝置(110)，其用於取決於該K個包絡信號產生K個放大器控制信號，該K個放大器控制信號之各者表示該K個放大因數中之一者，其特徵在於，該放大器控制裝置(110)經調適以取決於多於該K個包絡信號中之一者而產生一放大控制信號，且該放大器控制裝置(110)經調適以在該寬頻帶輸入信號展現一瞬態(transient)行為之一情形下，針對不同副頻帶產生不同放大因數，且經調適以在該寬頻帶輸入信號展現一實質上穩態行為之一情形下，針對不同副頻帶產生該等實質上相同之放大因數。
  2. 如請求項1之動態範圍壓縮器，其中該放大器控制裝置(110)經調 適以取決於該K個包絡信號之所有者之一組合而產生一放大器控制信號。
  3. 如請求項1或請求項2之動態範圍壓縮器，其中該放大器控制裝置(110)經調適以取決於該K個包絡信號之所有者之一組合而產生所有放大器控制信號。
  4. 如請求項1之動態範圍壓縮器，其中該放大器控制裝置(110)經調適以在一副頻帶中發生一瞬態之一情況下，將該副頻帶中之放大器控制從其他副頻帶中之放大器控制解耦。
  5. 如請求項4之動態範圍壓縮器，其中該放大器控制裝置(110)經調適以在該副頻帶中不出現該瞬態之後，耦合所有副頻帶中之該放大器控制以獲得針對所有該等副頻帶之一實質上相等之放大因數。
  6. 如請求項1或請求項2之動態範圍壓縮器，其中該放大器控制裝置(210)包括：K個輸入(111.1、....、111.k、.....、111.K)，其等用於接收該K個包絡信號，K個除法器單元(211.1、...、211.k、.....、211.K)，各者具有一第一與一第二輸入(212.k、213.k)及一輸出(214.k)，K個低通濾波器單元(215.1、....215.k、...、215.K)，各者具有耦合至該放大器控制裝置之該K個輸入之一各自者(211.k)之一輸入(216.k)及耦合至該K個除法器單元(211.k)之該等第二輸入之一各自者(213.k)之一輸出(217.k)，一信號組合單元(219)，其具有K個輸入及一輸出(220)，每個輸入(218.k)耦合至該K個低通濾波器單元(215.k)之該等輸出之一各自者(217k)，該信號組合單元經調適以取決於經由其輸入接收之該等信號而產生一組合信號(221)， K個乘法單元(222.1、....、222.k、....、222.K)，其等各者具有耦合至該放大器控制裝置之該K個輸入之一各自者之一第一輸入(223.k)、及耦合至該信號組合單元(219)之該輸出(220)之一第二輸入(224.k)、及一輸出(225.k)，K個輸出(112.1、......、112.K)，其等用於供應表示該等放大因數之該K個放大器控制信號，該K個輸出(112.k)之各者耦合至該K個乘法單元之該等輸出之一各自者(225.k)。
  7. 如請求項6之動態範圍壓縮器，其中一除法器單元係配置於該放大器控制裝置(210)之一輸入(111.k)與一乘法單元(222.k)之一第一輸入(223.k)之間，或係配置於一乘法單元(222.k)之該輸出與該放大器控制裝置(210)之一輸出(112.k)之間，或係配置於該信號組合單元(219)之該輸出與一乘法單元(222.k)之一第二輸入(224.k)之間。
  8. 如請求項6之動態範圍壓縮器，其中該低通濾波器單元(215.k)經調適以對施加至其輸入之該等信號執行一低通濾波，該低通濾波諸如憑藉一第一階低通濾波器產生一非負脈衝回應。
  9. 如請求項6之動態範圍壓縮器，其中該信號組合單元(219)經調適以使施加至其輸入之該等信號相加以產生該組合信號(221)。
  10. 如請求項1或請求項2之動態範圍壓縮器，其中該副頻帶分割裝置(102)包括用於產生該K個副頻帶信號之K個完全重新建構之濾波器。
  11. 如請求項1或請求項2之動態範圍壓縮器，其中該副頻帶組合裝置(105)包括用於產生該寬頻帶輸入信號之該動態壓縮版本之K個完全重新建構之濾波器。
  12. 如請求項1或請求項2之動態範圍壓縮器，其中一包絡信號係該K 個副頻帶信號中之一者之包絡之一量測值。
  13. 如請求項1或請求項2之動態範圍壓縮器，其中該動態範圍壓縮器進一步具備一第二輸入(700.2)，其用於接收一第二寬頻帶輸入信號以用來對其執行一動態壓縮，一第二副頻帶分割裝置(702.2)，其用於將該第二寬頻帶輸入信號分割為該第二輸入信號之K個窄頻帶副頻帶信號，一第二放大器單元(704.2)，其用於使該第二輸入信號之該K個副頻帶信號之各者各自放大一放大因數以獲得該第二輸入信號之K個放大副頻帶信號，一第二副頻帶組合裝置(705.2)，其用於組合該第二輸入信號之該K個放大副頻帶信號以獲得一第二寬頻帶輸出信號，該第二寬頻帶輸出信號係該第二寬頻帶輸入信號之一動態壓縮版本，一第二包絡偵測裝置(707.2)，其用於針對該K個副頻帶之各者產生該第二輸入信號之K個各自包絡信號，一放大器控制裝置(710)，其用於取決於該第二輸入信號之該K個包絡信號產生K個額外放大器控制信號，該K個額外放大器控制信號之各者表示該第二放大器單元之該K個放大因數中之一者，其中該放大器控制裝置經調適以取決於多於2K個包絡信號中之一者而產生一額外放大控制信號。
  14. 如請求項13之動態範圍壓縮器，其中針對該第二寬頻帶輸入信號之該K個額外放大控制信號之各者等於針對該第一寬頻帶輸入信號之該K個放大器控制信號中之一者。
  15. 如請求項14之動態範圍壓縮器，其中該放大器控制裝置(725)進一步具備K個信號組合單元(726.k)，每個第k個信號組合單元經 調適以組合該等第一及第二寬頻帶輸入信號之該第k個包絡信號。
  16. 如請求項13之動態範圍壓縮器，其中該放大器控制裝置(710)經調適以取決於該2K個包絡信號之所有者而產生一放大器控制信號及/或一額外放大器控制信號。
  17. 如請求項13之動態範圍壓縮器，其中該放大器控制裝置(710)經調適以取決於該2K個包絡信號之所有者而產生所有放大器控制信號及額外放大器控制信號。
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