專利名稱：一種數(shù)字音頻領域中的音量自動控制方法及電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種音量自動控制的方法及其電路，尤其是指一種數(shù)字音 頻領域中的音量自動控制方法及電路。
背景技術：
電視廣播和無線電廣播歷來深受廣大民眾的喜歡，成為民眾了解時事 政治和享受文體娛樂的主要途徑之一。但是，無論是時事報道熱點訪談之 類的新聞類節(jié)目，還是影視音樂之類的娛樂性節(jié)目，都時常夾雜著各種各 樣的宣傳廣告。通常，廣告商為了增強宣傳效果，加大傳播的力度，往往 設計出一些不同凡響的音效來作為宣傳廣告的開場白，例如一些陡增的音 響來吸引民眾的注意，或者提高正常節(jié)目中間插播的廣告的音量。在某些 特定的時間、場合下，這些突如其來的不和協(xié)的音調和音響帶給民眾非常 不舒服的感受?，F(xiàn)有技術都只是針對音量輸出的幅度進行統(tǒng)一的增加或者 減小，而不能對音量信號中的隨機、突發(fā)變化進行控制，所以實際應用中 難以避免上述情況的出現(xiàn)。
專利號為200410084740.4的發(fā)明專利從對模擬信號進行調整的角度提 出了如下技術方案通過檢測模擬端可編程增益放大電路輸出的音頻信號 的峰值電壓，并將峰值電壓通過ADC轉換器轉換成數(shù)字信號，然后在數(shù)字 端與經(jīng)過CPU預先設置的數(shù)值相比較，將比較的結果再反饋到模擬端的可 編程增益放大電路自動調整放大增益，使模擬端輸出電壓限制在預設范圍 內。
上述技術方案一定程度上解決上述音量突變的問題，但該系統(tǒng)需要將 模擬與數(shù)字相結合，而不是在單純的模擬領域或者數(shù)字領域解決問題，算 法相對復雜，導致設計成本過高。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有音頻處理技術在音量自動調節(jié)方面存在的 缺陷，提出一種可以由數(shù)字算法實現(xiàn)的音量自動調節(jié)的方法及電路，使得 用戶在運用現(xiàn)有的音頻設備時能有效地將輸出的音量控制在預先設定的范 圍之內，保持恒定的輸出音量值，以防止突然激增的音響。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種音量自動控制的方法用戶音 頻數(shù)據(jù)經(jīng)過模數(shù)轉換后輸入至所述的音量自動控制電路，所述的音量自動 控制電路自動監(jiān)控輸入信號的最大幅值然后與用戶設置的音量幅值進行比 較，根據(jù)比較的結果自動連續(xù)調整控制增益來達到用戶設定的音量值，包 含有如下步驟
步驟l:用戶根據(jù)需求設置音量控制的參數(shù)，打開自動音量控制單元； 步驟2:將經(jīng)過模擬到數(shù)字轉換的用戶音頻數(shù)據(jù)輸入峰值檢測模塊實時 檢測峰值；
步驟3:將檢測到的峰值進行線性域到對數(shù)域的轉換；
步驟4:將轉換后的對數(shù)域峰值與用戶設置的對數(shù)域目標音量進行比較
并計算出增益差值；
步驟5:將對數(shù)域增益差值解析成一組線性系數(shù)即進行對數(shù)域到線性
域的轉換；
步驟6:將線性系數(shù)與延遲后的輸入數(shù)據(jù)做乘、加運算后輸出。
其中所述的步驟2是對音頻數(shù)據(jù)的峰值進行檢測；其峰值檢測可以 按照一定的時間間隔進行，該時間間隔可由用戶進行設置。
所述的步驟3，將檢測到的峰值進行線性域到對數(shù)域的轉換的步驟為 將檢測到的峰值通過査表的方法轉換到對數(shù)域。
當檢測到音頻信號的峰值小于用戶設置的目標音量的值時，音頻信號 按照一定的速度增強，直到達到目標音量，所述的音頻信號增強的速度可 以是一個變量，可由用戶進行設置。
當檢測到音頻信號的峰值大于用戶設置的目標音量的值時，音頻信號 按照一定的速度衰減，直到達到目標音量，所述的音頻信號衰減的速度可 以是一個變量，可由用戶進行設置。當檢測到音頻信號的峰值小于用戶設置的目標音量的值時，音頻信號 在增強之前，可以設置一個保持(延遲變化)時間，所述的保持時間可以 是一個變量，可由用戶進行設置。
該方法還包含有對輸入信號為極大信號時的音量控制方法，具體為 當檢測到輸入音頻信號的峰值大于某個特定的值時，音量自動控制電路將 以一個固定的最高的衰減速度將音量衰減到該特定的值后再以用戶設置的 衰減速度衰減到目標音量。
該方法包含有對輸入信號為極小信號時的音量控制方法，具體為當 檢測到輸入音頻信號的峰值小于用戶設定的某個閾值時，根據(jù)用戶的設置 可分3種處理方法(l)保持原值輸出；(2)衰減到-96 dB (靜音)輸出；(3)增 強到目標音量輸出。
該方法可對單一通道的音頻信號進行自動調節(jié)，也可同時對雙通道甚 至多通道的音頻信號進行自動調節(jié)。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提出了一種音量自動控制的電路，包含 有依次連接的峰值檢測模塊、線性到對數(shù)轉換模塊、增益產(chǎn)生模塊、增益 控制模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊以及對輸入數(shù)據(jù)進行延遲的延遲模塊；以及接到 線性到對數(shù)轉換模塊的只讀存儲器模塊和接到增益控制模塊的時鐘計數(shù)器 模塊。
用戶音頻數(shù)據(jù)經(jīng)過模擬到數(shù)字轉換后輸入至所述的音量自動控制電 路，所述的音量自動控制電路自動監(jiān)控輸入信號的最大幅值，然后與用戶 設置的音量幅值進行比較，根據(jù)比較的結果自動連續(xù)調整控制增益來達到 用戶設定的音量幅值。具體包拮用戶音頻數(shù)據(jù)經(jīng)過模擬到數(shù)字轉換后輸 入至所述峰值檢測模塊，并將檢測到的線性域峰值信號通過所述線性到對 數(shù)轉換模塊轉換到對數(shù)域，然后將該對數(shù)域輸入到所述增益產(chǎn)生模塊，與 用戶設定的目標音量值進行比較并計算出增益差值，將對數(shù)域增益差值在 所述增益控制模塊中轉換至線性域，最后與經(jīng)過延遲的音頻數(shù)據(jù)在所述數(shù) 據(jù)輸出模塊進行乘、加運輸后輸出。在上述音量自動調整之前，用戶可以 根據(jù)自己的需求設置峰值檢測的時間間隔、目標音量的幅值大小、增益調 整的范圍以及音量增強和衰減的速度等一系列參數(shù)。該電路所有的模塊都由數(shù)字電路實現(xiàn)。 如上所述，本發(fā)明具有如下效果
本發(fā)明的自動音量控制方法及電路，可以有效地控制或限制音頻信號 的輸出幅度，從而可以避免和防止突然其來的陡然激增的音響，為用戶提 供一種舒適的聽覺感受。并且全數(shù)字的實現(xiàn)方法更簡潔有效，降低了設計 的布圖面積和設計成本。
為進一步說明本發(fā)明的上述目的、方法與效果，以下將結合附圖及優(yōu) 選實例對本發(fā)明進行詳細的描述。


圖1為運用本發(fā)明的典型音頻模數(shù)轉換器產(chǎn)品結構示意圖； 圖2為自動音量控制電路的模塊結構圖； 圖3為自動音量控制方法示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施案例是將自動音量調節(jié)方法及電路運用在一模 數(shù)轉換器(ADC)芯片上，附圖1給出了一典型的運用本發(fā)明提供的音量 自動調節(jié)方法與電路的音頻模數(shù)轉換器產(chǎn)品結構示意圖，所述的音頻模數(shù) 轉換器在一硅管芯片100上，主要由以下模塊組成前置PGA/多位2-A調 制器l、 2 (分別接模擬輸入AOUTL、 AOUTR管腳)，梳狀/抽取濾波器3、 4，自動音量控制電路5，音頻串行口6 (接輸入管腳BCLK、 LRCK和輸出 管腳SDATA)，時鐘管理器/采樣率檢測器7 (接主時鐘管腳MCLK)，芯片 狀態(tài)機CSM8，串行控制端口9 (接SCLK、 SDIN、 CSB管腳)以及參考電 壓電流產(chǎn)生器IO。其中
前置PGA/多位2-A調制器l、 2和梳狀/抽取濾波器3、 4:把輸入模擬 音頻信號轉化成數(shù)字音頻信號，并把低分辨率(典型值是1位到6位)、高 采樣頻率(典型值是輸入頻率的32到128倍)的數(shù)字音頻信號轉化為高分 辨率(典型值是16位到24位)、低采樣頻率(典型值是8KHz到200KHz) 的數(shù)字音頻信號。自動音量控制電路5:接收轉化后的數(shù)字音頻信號并把音量自動調整到 用戶設定的音量幅值輸出。
音頻串行口6:從自動音量控制電路接收并行數(shù)據(jù)，并根據(jù)串行控制端
口 9設置的工作模式轉化成串行數(shù)據(jù)從管腳SDATA輸出。
時鐘管理器/采樣率檢測器7:自動檢測和提供用戶時鐘模式的各種時
鐘信號。
芯片狀態(tài)機CSM8:控制著芯片正常和省電兩種模式轉換的開關程序。 串行控制端口9:從SCLK、 SDIN、 CSB管腳設置各種工作模式。
參考電壓電流產(chǎn)生器10:產(chǎn)生硅管芯片的參考電壓與電流。 附圖2為所述的音量自動控制電路5的模塊結構圖，包括以下模塊部 分峰值檢測模塊ll、線性到對數(shù)轉換模塊12、增益產(chǎn)生模塊13、增益控
制模塊14、數(shù)據(jù)輸出模塊15、對輸入數(shù)據(jù)進行延遲的延遲模塊16、接到線 性到對數(shù)轉換模塊的只讀存儲器模塊17以及接到增益控制模塊的時鐘計數(shù) 器模塊18。
通過該音量自動控制電路5進行音量自動控制的方法，包含下述步驟
步驟101:用戶根據(jù)需求設置音量控制的參數(shù)，打開自動音量控制單元。 步驟102:將經(jīng)過模擬到數(shù)字轉換的用戶音頻數(shù)據(jù)輸入峰值檢測模塊
11按一定的時間間隔實時檢測峰值。
步驟103:將檢測到的峰值通過查表的方式進行線性域到對數(shù)域的轉換12。
步驟104:將轉換后的對數(shù)域峰值與用戶設置的對數(shù)域目標音量通過增 益產(chǎn)生模塊13進行比較并計算出增益差值輸出到增益控制模塊14。
步驟105:增益控制模塊14將增益差值解析成一組線性系數(shù)即進行
對數(shù)域到線性域的轉換。
步驟106:將線性系數(shù)與延遲后的輸入數(shù)據(jù)做乘、加運算后輸出到輸出 模塊15。
下面展開說明
上述步驟101中，用戶在使用音量自動控制功能之前可以通過硅管芯 片上的串行控制端口 9選擇設置峰值檢測的時間間隔，目標音量的大小、增益調整的范圍以及音量增強和衰減的速度等一系列參數(shù)，也可以直接運用缺省設置，然后打開音量自動控制單元。
上述步驟102中，進行峰值檢測前，先對輸入音頻數(shù)據(jù)進行取絕對值的運算，然后將輸入音頻數(shù)據(jù)按照用戶設置的時間間隔進行劃分，比如N
個采樣數(shù)據(jù)為一段(N為48 496)，稱為一個檢測窗，峰值檢測以檢測窗為單位進行， 一個檢測窗檢測出一個峰值。
上述步驟103中，只讀存儲器17 (參見附圖2)中預先存儲了與對數(shù)域音量(0dB -96dB)相對應的線性域的值，然后用檢測到的線性域峰值尋址該只讀存儲器，與線性域峰值相對應的只讀存儲器的地址經(jīng)過解碼后得到對數(shù)域音量值。
上述步驟104中，轉換后的峰值與用戶設置的目標音量比較的結果可以分為三種情況，下面結合圖示3具體說明。
第一種情況轉化后的峰值大于目標音量的情況，此時計算出的增益差值為負值，表明輸入的音頻信號需經(jīng)過衰減才能達到目標音量，參見附圖3，衰減以一定的步長進行(如1/4 dB,l/2dB,ldB等等)，每衰減一個步長的音量所需的時間即為衰減時間(attack time),該時間可由用戶通過串行控制端口進行設置。當增益差值由負值緩變到零時，輸入音頻信號隨之緩變到目標音量輸出。
第二種情況轉化后的峰值小于目標音量的情況，此時計算出的增益差值為正值，表明輸入的音頻信號需經(jīng)過增強才能達到目標音量，參見說明書附圖3，增強也以一定的步長進行(1/4dB， 1/2dB,ldB等等)，每增強一個步長的音量所需的時間即為增強時間(decaytime)，該時間可由用戶通過串行控制端口進行設置。當增益差值由正值緩變到零時，輸入音頻信號隨之緩變到目標音量輸出。
第三種情況轉化后的峰值等于目標音量的情況，此時計算出的增益差值為零，表明輸入的音頻信號的音量與目標音量相同，不需要進行處理直接輸出即可。
上述第一種情況中，假如輸入音頻信號的音量極大，甚至超出了某個特定的閾值，所述的自動音量控制方法先將輸入音頻信號以一個固定的最
10大的衰減速度衰減到所述的特定閾值，然后再按用戶設置的衰減速度衰減到目標音量。
上述第二種情況中，假如輸入音頻信號的音量極小，甚至低于用戶設置的閾值，比如某段音樂很安靜或者完全由一些低噪聲組成的情況下，正
常的增強的功能可能會導致噪聲放大(noisepumping),本發(fā)明的音量自動控制方法可按用戶的設置分三種情況處理(l)保持原值輸出；(2)衰減到-96dB(靜音)輸出；(3)增強到目標音量輸出。
上述第二種情況中，當檢測到音頻信號的峰值小于用戶設置的目標音量的值時，音頻信號在增強之前，可以設置一個保持時間(hold time),所述的保持時間是一個變量，可由用戶通過串行控制端口進行設置，本案例的缺省保持時間為0。
上述步驟105、 106中，先將增益差值解析成一組線性系數(shù)，然后在輸出模塊中將線性系數(shù)與輸入音頻數(shù)據(jù)進行乘加運算后輸出最終經(jīng)過調整的音頻數(shù)據(jù)。
本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本發(fā)明，而并非用作為對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實質精神范圍內，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本發(fā)明權利要求書的范圍內。
權利要求
1、一種數(shù)字音頻領域中的音量自動控制方法，其特征在于用戶音頻數(shù)據(jù)經(jīng)過模數(shù)轉換后輸入至一音量自動控制電路，所述的音量自動控制電路自動監(jiān)控輸入信號的最大幅值然后與用戶設置的音量幅值進行比較，根據(jù)比較的結果自動連續(xù)調整控制增益來達到用戶設定的音量幅值；具體包含下述步驟步驟1用戶根據(jù)需求設置音量控制的參數(shù)，打開自動音量控制單元；步驟2將經(jīng)過模擬到數(shù)字轉換的用戶音頻數(shù)據(jù)輸入峰值檢測模塊實時檢測峰值；步驟3將檢測到的峰值進行線性域到對數(shù)域的轉換；步驟4將轉換后的對數(shù)域峰值與用戶設置的對數(shù)域目標音量進行比較并計算出增益差值；步驟5將增益差值解析成一組線性系數(shù)，即進行對數(shù)域到線性域的轉換；步驟6將線性系數(shù)與延遲后的輸入數(shù)據(jù)做乘、加運算后輸出。
2、 如權利要求l所述的數(shù)字音頻領域中的音量自動控制方法，其特征在于，所述的步驟2是對音頻數(shù)據(jù)的峰值進行檢測。
3、 如權利要求l所述的數(shù)字音頻領域中的音量自動控制方法，其特征 在于，所述的步驟2中的峰值檢測可以按照一定的時間間隔進行，該時間 間隔可由用戶進行設置。
4、 如權利要求l所述的數(shù)字音頻領域中的音量自動控制方法，其特征 在于，所述的步驟3，將檢測到的峰值進行線性域到對數(shù)域的轉換的步驟為 將檢測到的峰值通過查表的方法轉換到對數(shù)域。
5、 如權利要求l所述的數(shù)字音頻領域中的音量自動控制方法，其特征 在于，當檢測到音頻信號的峰值小于用戶設置的目標音量的值時，音頻信 號按照一定的速度增強，直到達到目標音量，所述的音頻信號增強的速度 可以是一個變量，可由用戶進行設置。
6、 如權利要求l所述的數(shù)字音頻領域中的音量自動控制方法，其特征 在于，當檢測到音頻信號的峰值大于用戶設置的目標音量的值時，音頻信 號按照一定的速度衰減，直到達到目標音量，所述的音頻信號衰減的速度 可以是一個變量，可由用戶進行設置。
7、 如權利要求l所述的數(shù)字音頻領域中的音量自動控制方法，其特征 在于，當檢測到音頻信號的峰值小于用戶設置的目標音量的值時，音頻信 號在增強之前，可以設置一個保持(延遲變化)時間，所述的保持時間可 以是一個變量，可由用戶進行設置。
8、 如權利要求l所述的數(shù)字音頻領域中的音量自動控制方法，其特征 在于，該音量控制方法還包含有對輸入信號為極大信號時的音量控制方法， 具體為當檢測到輸入音頻信號的峰值大于某個特定的值時，音量自動控 制電路將以一個固定的最高的衰減速度將音量衰減到該特定的值后再以用 戶設置的衰減速度衰減到目標音量。
9、 如權利要求l所述的數(shù)字音頻領域中的音量自動控制方法，其特征 在于，其還包含有對輸入信號為極小信號時的音量控制方法，具體為當 檢測到輸入音頻信號的峰值小于用戶設定的某個閾值時，根據(jù)用戶的設置 可分3種處理方法(l)保持原值輸出；(2)衰減到-96 dB (靜音)輸出；(3)增 強到目標音量輸出。 '
10、 如權利要求1所述的數(shù)字音頻領域中的音量自動控制方法，其特 征在于，該方法可對單一通道的音頻信號進行自動調節(jié)，也可同時對雙通 道甚至多通道的音頻信號進行自動調節(jié)。
11、 一種數(shù)字音頻領域中的音量自動控制電路，其特征在于包含有依 次連接的峰值檢測模塊、線性到對數(shù)轉換模塊、增益產(chǎn)生模塊、增益控制 模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊以及對輸入數(shù)據(jù)進行延遲的延遲模塊；以及接到線性 到對數(shù)轉換模塊的只讀存儲器模塊和接到增益控制模塊的時鐘計數(shù)器模 塊。
12、 如權利要求ll所述的數(shù)字音頻領域中的音量自動控制電路，其特征在于，用戶音頻數(shù)據(jù)經(jīng)過模擬到數(shù)字轉換后輸入至所述峰值檢測模塊， 并將檢測到的線性域峰值信號通過所述線性到對數(shù)轉換模塊轉換到對數(shù)域，然后將該對數(shù)域輸入到所述增益產(chǎn)生模塊，與用戶設定的目標音量值 進行比較并計算出增益差值，將對數(shù)域增益差值在所述增益控制模塊中轉 換至線性域，最后與經(jīng)過延遲的音頻數(shù)據(jù)在所述數(shù)據(jù)輸出模塊進行運輸后 輸出。
13、如權利要求ll所述的數(shù)字音頻領域中的音量自動控制電路，其特 征在于，該電路所有的模塊都由數(shù)字電路實現(xiàn)。
全文摘要
一種數(shù)字音頻領域中的音量自動控制方法及電路，該音量自動控制電路包括峰值檢測模塊、線性到對數(shù)轉換模塊、增益產(chǎn)生模塊、增益控制模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊以及對輸入數(shù)據(jù)進行延遲的延遲模塊；以及接到線性到對數(shù)轉換模塊的只讀存儲器模塊和接到增益控制模塊的時鐘計數(shù)器模塊；用戶音頻數(shù)據(jù)經(jīng)過模擬到數(shù)字轉換后輸入至所述的音量自動控制電路，所述的音量自動控制電路自動監(jiān)控輸入信號的最大幅值，然后與用戶設置的音量幅值進行比較，根據(jù)比較的結果自動連續(xù)調整控制增益來達到用戶設定的音量幅值。該電路可有效地控制音頻信號的輸出幅度，以避免突來的陡然激增的音響為用戶帶來不舒適的聽覺感受。
文檔編號H03G3/20GK101459415SQ200810181178
公開日2009年6月17日 申請日期2008年11月26日 優(yōu)先權日2008年11月26日
發(fā)明者青 凌, 張保華, 清 於, 李躍輝, 坤 林, 燕 王 申請人:蘇州順芯半導體有限公司