專利名稱：音量控制裝置與方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種音量控制裝置與方法，尤指應用于一電視芯片上的一
種音量控制裝置與方法。
背景技術：
使用者觀賞電視節(jié)目時，當進行節(jié)目頻道切換、信號來源切換(例如 由模擬電視切換到數(shù)字電視)或是節(jié)目內容本身切換成廣告等類似的影音 內容切換過程時，使用者很可能因為突如其來的音量變化而產(chǎn)生不適，例 如節(jié)目進廣告后音量通常會變大，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(fā)展出許多智能型音量控制機制來自動 監(jiān)控電視機的音量，用以消除音量變化所造成的不適感且省去手動的麻 煩。但是，過于抑制音量變化也會造成聲音質量與動態(tài)反應能力的下降。 因此，如何在保有聲音質量與動態(tài)反應的要求下，還能改善上述問題，便 為各家電視芯片廠商所欲達到的目標。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種音量控制裝置與方法，可有效達 到自動監(jiān)控電視機的音量，用以消除音量變化所造成的不適感且省去手動 的麻煩，也可免于因抑制音量變化所造成聲音質量與動態(tài)反應能力的下 降。
為了解決以上技術問題，本發(fā)明提供了如下技術方案
本案提供了一種音量控制裝置，用以將一原始聲音信號縮放至一聽者事先預設的一目標音量，其包含 一自動增益控制器，用以對所接收到的 該原始聲音信號進行能量的縮放，進而輸出逐步收斂至該目標音量的一 自 動增益聲音信號；以及一等響度控制器，電連接于該自動增益控制器，用 以根據(jù)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，進而輸出一補償后聲音信號。
根據(jù)上述構想，本案所述的等響度控制器可根據(jù)準位不同的目標音量 而對應出復數(shù)條響度曲線，而在一特定頻率區(qū)段附近，該些響度曲線的增 益值系具有實質相同的數(shù)值，而在該特定頻率區(qū)段外的高頻段與低頻段， 則對增益值有不同幅度的增加。
根據(jù)上述構想，本案所述的音量控制裝置，其中上述的等響度控制器 系為一可設定雙二階無限脈沖響應濾波器，藉由對其參數(shù)的設定，用以于 復數(shù)條特性不同的響度曲線中選出該響度曲線。
根據(jù)上述構想，本案所述的音量控制裝置，其中該自動增益控制器包 含 一輸入端乘法器，其系根據(jù)一增益值來對該原始聲音信號進行能量的 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， 電連接于該輸入端乘法器，其系對輸出的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，電連接于該準位偵測器，其 系根據(jù)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(chǎn)生器，電連接于該目標準位比較器與該輸入端乘法器，用以產(chǎn) 生該增益值，該增益值產(chǎn)生器根據(jù)該第一差值對該增益值進行增加或減少 的動作。
根據(jù)上述構想，本案所述的音量控制裝置，其中該增益值產(chǎn)生器包含一乘法器，電連接于該目標準位比較器，用以將該目標準位比較器輸出的
該第一差值與該增益值相乘后得到一第一乘積值； 一第一正負值判斷模 塊，電連接于該乘法器，其系因應該第一乘積值的正負來發(fā)出一選擇信號; 一增益時序控制器，電連接于該第一正負值判斷模塊，其系因應該選擇信 號來選用相對應的一增加曲線來產(chǎn)生一增量； 一加法器，電連接于該增益 時序控制器與該輸入端乘法器，用以將該增量與回授的該增益值相加后更 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(jù)上述構想，本案所述的音量控制裝置，其中該增益值產(chǎn)生器更包 含一限制器，電連接于該加法器與該分貝/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(jù)上述構想，本案所述的音量控制裝置，其中該自動增益控制器包 含 一輸入端乘法器，其系根據(jù)一增益值來對該原始聲音信號進行能量的 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， 電連接于該輸入端乘法器，其系對輸出的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，電連接于該準位偵測器，其 系根據(jù)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(chǎn)生器，電連接于該目標準位比較器與該輸入端乘法器，其系根據(jù)該 第一差值來將其輸出的該增益值進行增加或減少的動作；以及一噪音偵測 器，電連接于該準位偵測器及該增益值產(chǎn)生器，其系將該準位偵測器輸出 的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 第二差值處于負值達到該預設時間長度后，將該增益值產(chǎn)生器輸出的該增益值歸零。
根據(jù)上述構想，本案所述的音量控制裝置，其中該增益值產(chǎn)生器包含: 一多任務器，電連接于該噪音偵測器與該目標準位比較器，用以受該噪音 偵測器的控制而從該第一差值與該增益值的倒數(shù)中擇一輸出； 一乘法器， 電連接于該多任務器，用以將該多任務器的輸出與該增益值相乘后得到一 第一乘積值； 一第一正負值判斷模塊，電連接于該乘法器，其系因應該第 一乘積值的正負來發(fā)出一選擇信號； 一增益時序控制器，電連接于該第一 正負值判斷模塊，其系因應該選擇信號來選用相對應的一增加曲線來產(chǎn)生 一增量； 一加法器，電連接于該增益時序控制器與該輸入端乘法器，用以 將該增量與回授的該增益值相加后更新該的增益值；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(jù)上述構想，本案所述的音量控制裝置，其中該增益值產(chǎn)生器更包
含一限制器，電連接于該加法器與該分貝/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(jù)上述構想，本案所述的音量控制裝置，其中該準位偵測器包含
一高頻濾波器，電連接于該輸入端乘法器，用以除去該自動增益聲音信號
中的直流成份以及重低音部份； 一絕對值單元，電連接于該高頻濾波器，
用以將該自動增益聲音信號中的交流信號的負數(shù)成份轉正； 一低通濾波
器，電連接于該絕對值單元，用以求出與該自動增益聲音信號的能量平均
值相關的該聲音準位值；以及一分貝單位轉換器，電連接于該低通濾波器
與該目標準位比較器，利用查表來將該聲音準位值的單位轉成分貝后輸出
至該目標準位比較器。根據(jù)上述構想，本案所述的音量控制裝置，其中該自動增益控制器包 含 一可程序延遲裝置，其系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，電連接于該可程序延遲裝置，其系根據(jù)一增益值來 對經(jīng)過該預定時間延遲的該原始聲音信號進行能量的縮放，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，其系對該原始聲音信 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，電連接于該 準位偵測器，其系根據(jù)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(chǎn)生器，電連接于該目標準位比較器與該輸入端 乘法器，用以產(chǎn)生該增益值，該增益值產(chǎn)生器根據(jù)該第一差值對該增益值 進行增加或減少的動作。
根據(jù)上述構想，本案所述的音量控制裝置，其中該自動增益控制器包 含 一可程序延遲裝置，其系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，電連接于該可程序延遲裝置，其系根據(jù)一增益值來 對經(jīng)過該預定時間延遲的該原始聲音信號進行能量的縮放，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，其系對該原始聲音信 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，電連接于該 準位偵測器，其系根據(jù)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(chǎn)生器，電連接于該目標準位比較器與該輸入端乘法 器，用以產(chǎn)生該增益值，該增益值產(chǎn)生器根據(jù)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，電連接于該準位偵測器及該增益 值產(chǎn)生器，其系將該準位偵測器輸出的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，而當該第二差值處于負值達到該預設時間長度后，將該增益值產(chǎn)生器輸出的該增益值歸零。
本案另外提供了一種音量控制方法，用以將一原始聲音信號縮放至一 聽者事先預設的一目標音量，其包含下列步驟接收該原始聲音信號；根 據(jù)該目標音量將該原始聲音信號進行能量的縮放，進而輸出逐步收斂至該 目標音量的一自動增益聲音信號；以及根據(jù)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，以輸出一補償后聲音信號。
根據(jù)上述構想，本案所述的音量控制方法，其中根據(jù)準位不同的該目 標音量而從復數(shù)條響度曲線中對應出該響度曲線，而在一特定頻率區(qū)段附 近，該些響度曲線的增益值系具有實質相同的數(shù)值，而在該特定頻率區(qū)段 外的高頻段與低頻段，則對增益值有不同幅度的增加。
根據(jù)上述構想，本案所述的音量控制方法，其中根據(jù)該目標音量來對 該原始聲音信號進行能量的縮放的方法包含下列歩驟根據(jù)一增益值來對 該原始聲音信號進行能量的縮放，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(jù)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(jù)該第一差值將該 增益值進行增加或減少的動作。
根據(jù)上述構想，本案所述的音量控制方法，其中根據(jù)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 乘后得到一第一乘積值；因應該第一乘積值的正負來發(fā)出一選擇信號；因 應該選擇信號來選用相對應的一增加曲線來產(chǎn)生一增量；以及將該增量與 回授的該增益值相加后更新該增益值再予以輸出。
根據(jù)上述構想，本案所述的音量控制方法，其中將該增量與回授的增益值相加后再予以輸出的該增益值限制在一最大值之下。
根據(jù)上述構想，本案所述的音量控制方法，其中根據(jù)該目標音量來對 該原始聲音信號進行能量的縮放的方法包含下列步驟根據(jù)一增益值來對 該原始聲音信號進行能量的縮放，進而輸出該自動增益聲音信號；對輸出 的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(jù)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(jù)該第一差值來將其 輸出的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，而當該第二差值處于負值達到一 預設時間長度后，用以將該增益值歸零。
根據(jù)上述構想，本案所述的音量控制方法，其中根據(jù)該第一差值來將 其輸出的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 的變化而從該第一差值與該增益值的倒數(shù)中擇一輸出；將該第一差值或該 增益值的倒數(shù)中的一數(shù)值與該增益值相乘后得到一第一乘積值；因應該第 一乘積值的正負來發(fā)出一選擇信號；因應該選擇信號來選用相對應的一增 加曲線來產(chǎn)生一增量；以及將該增量與回授的該增益值相加后更新該增益 值再予以輸出。
根據(jù)上述構想，本案所述的音量控制方法，其中將該增量與回授的該
增益值相加后再予以輸出的該增益值限制在一最大值之下。
根據(jù)上述構想，本案所述的音量控制方法，其中對輸出的自動增益聲
音信號的準位進行偵測的方法包含下列步驟除去該自動增益聲音信號中
的直流成份以及重低音部份；將該自動增益聲音信號中的交流信號的負數(shù)
成份轉正；求出與該自動增益聲音信號的能量相關的該聲音準位值；以及
利用査表來將該聲音準位值的單位轉成分貝后輸出。根據(jù)上述構想，本案所述的音量控制方法，其中根據(jù)該第一差值來將 其輸出的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(jù)上述構想，本案所述的音量控制方法，其中根據(jù)該目標音量來對 該原始聲音信號進行能量的縮放的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(jù)一增益值來對經(jīng)過該預定時間延遲的該原始 聲音信號進行能量的縮放，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(jù)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(jù)該第一差值將該增益值進行 增加或減少的動作。
根據(jù)上述構想，本案所述的音量控制方法，其中根據(jù)該目標音量來對 該原始聲音信號進行能量的縮放的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(jù)一增益值來對經(jīng)過該預定時間延遲的該原始 聲音信號進行能量的縮放，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(jù)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(jù)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，而當該第二差值處于負值達到一預設時間長度后，用以將 該增益值歸零。
本發(fā)明采用的音量控制裝置與方法，可有效達到自動監(jiān)控電視機的音 量，用以消除音量變化所造成的不適感且省去手動的麻煩，而且根據(jù)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，也可免于因 抑制音量變化所造成聲音質量與動態(tài)反應能力的下降。


圖1為本案改善習用技術手段缺失所發(fā)展出一智能型音量控制裝置的 功能方塊示意圖。圖2(a)為等響度控制器中多條響度曲線的示意圖。
圖2(b)為等響度控制器的一實施例電路方塊示意圖。
圖3(a)為自動增益控制器的第一實施例電路方塊示意圖。
圖3(b)為自動增益控制器的第二實施例電路方塊示意圖。
圖3 (c)為自動增益控制器的第三實施例電路方塊示意圖。
圖3 (d)為自動增益控制器的第四實施例電路方塊示意圖。
圖4(a)、圖4(c)為增益值產(chǎn)生器的內部功能方塊示意圖。
圖4(b)、圖4(d)為增益值產(chǎn)生器與噪音偵測器的內部功能方塊示意
圖5(a)、圖5(b)為準位偵測器的內部功能方塊示意圖及頻率響應示
圖6為根據(jù)本發(fā)明實施例關于增益值A、原始聲音信號與自動增益聲 音信號的波形示意圖。
圖7為根據(jù)本發(fā)明實施例偵測到噪音時增益值A、原始聲音信號的波 形示意圖。
圖8為根據(jù)本發(fā)明實施例的音量控制方法的流程示意圖。
圖9為本發(fā)明步驟82的方法細節(jié)流程示意圖。
圖10為本發(fā)明步驟82的另一方法細節(jié)流程示意圖。 本案圖式中所包含的各組件列式如下 智能型音量控制裝置1 自動增益控制器10
等響度控制器11 査找表110
輸入端乘法器30 增益值產(chǎn)生器31 準位偵測器32 目標準位比較器33加法器341
第二正負值判斷模塊342
計數(shù)器343
乘法器40
增益時序控制器42
限制器43
高頻濾波器51
低通濾波器53
可程序延遲裝置39
噪音偵測器34
具體實施例方式
多任務器310 第一正負值判斷模塊41 加法器44
分貝單位轉換器340 絕對值單元52 分貝單位轉換器54 分貝/純量轉換器49 噪音偵測器94
請參見圖1，其系本案為改善習用技術手段缺失所發(fā)展出一智能型音 量控制裝置1的功能方塊示意圖，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，并根據(jù)一增益值來對該原始 聲音信號進行能量(或波形振幅)的縮放，進而輸出一自動增益聲音信號， 而加諸于該原始聲音信號的該增益值系因應著該原始聲音信號的能量(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的 音量進行修正，進而能逐步收斂至可由聽者事先預設的一目標音量，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的不適 感。于此實施例中，自動增益控制器10的輸出端設有一等響度控制器 (equal loudness controller) 11 ，用以根據(jù)聽者事先預設的目標音量而 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 而輸出一補償后聲音信號。
根據(jù)不同目標音量的設定，等響度控制器11提供如圖2(a)所示的多條響度曲線來對自動增益控制器10輸出的該自動增益聲音信號來進行微
調，例如圖中所示的四條曲線，其系表示出不同目標音量所對應出的響度
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 的增益值，由圖中可清楚看出，在人耳相對敏感的1 KHz區(qū)段，四條曲線 的增益值都控制在-20 dBr，但是在1 KHz區(qū)段外的高頻段與低頻段，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的聲音，人耳 較不敏感，因此若是都只由自動增益控制器10 —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，故本案的等 響度控制器11根據(jù)圖2(a)中的響度曲線來對高頻段與低頻段進行強度補 償，而且當預設的目標音量越小，則對應到的響度曲線對于1 KHz區(qū)段兩 側的高頻段與低頻段的補償程度將越高。例如，若預設的目標音量分為由 高到低的第一級、第二級、第三級及第四級，則會對應至圖2(a)中的響度 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中的 目標音量定在很小的準位，依舊可以呈現(xiàn)清楚的高低頻聲音。
再請參見圖2(b),其系為用以完成上述等響度控制器11的一實施例 電路方塊示意圖，其系為一可設定雙二階無限脈沖響應濾波器，其Z轉換 函數(shù)可以用H(Z) = (aO + al Z-l + a2 Z-2) / (1 — bl Z-1 — b2 Z-2)來 代表，而藉由對參數(shù)a0、 al、 a2、 bl以及b2的設定，可產(chǎn)生出如圖2(a) 中的響度曲線21、 22、 23及24的功能，因此，只要在等響度控制器11 中設置一個査找表(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(shù)aO、 al、 a2、 bl以及b2的關系，使得等響度 控制器11具有響度曲線21、 22、 23及24的表現(xiàn)，以產(chǎn)生質量較佳的補償后聲音信號再加以輸出至后續(xù)裝置。而上述原始聲音信號、自動增益聲
音信號以及補償后聲音信號可為常見的脈沖碼調變(Pulse-code modulation,簡稱PCM)聲音信號，或者，也可是其它數(shù)字編碼方式的聲音 信號，因此補償后聲音信號可送到相對應的數(shù)字模擬轉換器 (Digital-to-Analog Converter,簡稱DAC)的后續(xù)裝置進行后續(xù)處理。根 據(jù)以上揭露，熟知此項技藝的人士當可施用適當?shù)臒o限脈沖響應濾波器或 者有限脈沖響應濾波器以實現(xiàn)本發(fā)明。
再請參見圖3(a)，其系用以完成本案上述自動增益控制器10的第一 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， 其系根據(jù)增益值產(chǎn)生器31所輸出的該增益值A來對該原始聲音信號進行 能量(或波形振幅)的縮放，進而輸出自動增益聲音信號至等響度控制器 11，但為能使加諸于該原始聲音信號的增益值A可因應該原始聲音信號的 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，其系對輸出的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系根據(jù)事先預設的目標音量與該聲 音準位值來進行相減而得到第一差值，并將該第一差值傳送到增益值產(chǎn)生 器31。而增益值產(chǎn)生器31根據(jù)該第一差值來將其輸出的增益值A進行增 加或減少的動作，以求得最后能讓輸出的自動增益聲音信號的準位與事先 預設的目標音量相符。
再請參見圖3(b),其系用以完成本案上述自動增益控制器10的第二 實施例電路方塊示意圖，其中與圖3(a)的第一實施例間最大的不同在于本實施例增設有一噪音偵測器34，其系用以根據(jù)可預設的一噪音準位值與一 預設時間長度來進行判斷，其系將準位偵測器32輸出的聲音準位值與該 噪音準位值及增益值A相減而得到一第二差值，而該第二差值的正負則可 以判斷當時是否沒有正常訊號而只有噪音，若第二差值處于負值達到該預 設時間長度后，將增益值A取代原本傳送到增益值產(chǎn)生器31的該第一差 值，用以停止增益值產(chǎn)生器31對已判斷成噪音的信號進行放大，進而避 免產(chǎn)生噪音被錯誤放大到目標音量的現(xiàn)象。
再請參見圖3(c)與圖3(d),其系用以完成本案上述自動增益控制器 10的第三實施例與第四實施例電路方塊示意圖。圖3(c)所示的第三實施 例系根據(jù)圖3(a)的第一實施例來進行改動，主要是增設有一可程序延遲裝 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，而該預定時間系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(chǎn)生器31來產(chǎn)生的增益值A 所需要的時間長度來設定，進而讓增益值產(chǎn)生器31所產(chǎn)生的增益值A可 于正確時間點上來對原始聲音信號進行調整。同樣地，圖3(d)所示的第四 實施例系根據(jù)圖3(b)的第二實施例來進行改動，也是增設有一可程序延遲 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，而該預定時間系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(chǎn)生器31與噪音偵測器34 來產(chǎn)生的增益值A所需要的時間長度來設定，進而讓增益值產(chǎn)生器31所 產(chǎn)生的增益值A可于正確時間點上來對原始聲音信號進行調整。
接著請參見圖4(a)，其進一步列示圖3(a)中增益值產(chǎn)生器31的內部功能方塊示意圖，其中目標準位比較器33輸出的該第一差值系與輸出的 增益值A利用一乘法器40相乘后得到一第一乘積值，然后傳送到第一正 負值判斷模塊41進行判斷并發(fā)出一選擇信號至增益時序控制器42，當?shù)?一乘積值大于0，表示輸出的自動增益聲音信號還小于事先預設的目標音 量，因此選用增益時序控制器42中一增加曲線來產(chǎn)生一增量，然后利用 加法器44來將該增量與回授的增益值A相加后更新增益值A再予以輸出， 進而將增益值A逐步增加，以求得最后能讓輸出的自動增益聲音信號的準 位與事先預設的目標音量相符。反之，當?shù)谝怀朔e值小于0，表示輸出的 自動增益聲音信號大于事先預設的目標音量，因此選用增益時序控制器42 中一遞減曲線來產(chǎn)生一減量，然后與回授的增益值A相加后更新增益值A 再予以輸出，進而將增益值A逐步降低，以求得最后能讓輸出的自動增益 聲音信號的準位與事先預設的目標音量相符。而限制器43則是用以限制 增益值A的最大值，以免系統(tǒng)產(chǎn)生不穩(wěn)定的現(xiàn)象。增益值產(chǎn)生器31利用 分貝/純量轉換器49，將限制器43輸出的增益值的單位從分貝轉成純量， 而可以施用于乘法器30。
至于圖4(b)，則進一步列示圖3(b)中增益值產(chǎn)生器31與噪音偵測器 34的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，利用査表來將增益值A的單位轉成分貝，然后再利用加法器341來 將準位偵測器32輸出的己轉成分貝單位的聲音準位值與該噪音準位值及 單位轉換成分貝的增益值A相減而得到第二差值，接著利用第二正負值判 斷模塊342來判斷第二差值是否處于負值，當?shù)诙钪堤幱谪撝禃r便啟動 計數(shù)器343開始計數(shù)，并于計數(shù)值達到該預設時間長度后，發(fā)出切換信號到增益值產(chǎn)生器31中的多任務器310，用以將分貝單位轉換器340輸出的
該增益值的負值(以分貝單位來表示的負值，實為一般數(shù)值的倒數(shù))來取代
原先目標準位比較器33所輸出的該第一差值。如此一來，被判斷成噪音
達該預設時間長度后，增益值產(chǎn)生器31將停止對己判斷成噪音的信號進
行放大，而將該增益值產(chǎn)生器輸出的該增益值歸零，進而避免產(chǎn)生噪音被
錯誤放大到目標音量的現(xiàn)象。
圖4(c)與圖4(d)分別繪示圖3(c)中增益值產(chǎn)生器31的內部功能方塊
示意圖與圖3(d)中增益值產(chǎn)生器31與噪音偵測器34的內部功能方塊示意
圖，其中圖4(c)的運作方式與圖4(a)類似，圖4(d)的運作方式則與圖4(b)
的運作方式類似，差異僅在于前述增益施用的時間點，故不再予以贅述。 請參見圖5(a)，其進一步列示上述準位偵測器32的內部功能方塊示
意圖，準位偵測器32測量數(shù)字信號的波封(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
動增益聲音信號中的直流成份以及重低音部份，而高頻濾波器51不是必
要組件，可依實際需求來選用，至于絕對值單元52則用以將自動增益聲
音信號中的交流信號的負數(shù)成份轉正，然后再經(jīng)過低通濾波器53的累積，
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(tài)，進而求出與該自動增益聲音信號的能量(或波形
振幅)平均值相關的一聲音準位值，然后再經(jīng)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，但運算將較為復雜，導致硬件成本將較高。而上述低通濾波器53
中的參數(shù)n的范圍約在-2至-9之間，透過改變參數(shù)n，便能改變低通濾波
器53的頻率響應，其示意圖如圖5(b)的所示，而n越大則低通濾波器53的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的延遲時 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的截止頻率 以及可程序延遲裝置(programmable delay) 39所設定的延遲時間。
圖6系為本案裝置運作時，關于增益值A、原始聲音信號與自動增益 聲音信號的波形示意圖，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由低轉高所需的時間。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由高轉低所需的時間。而上述兩段時 間的長短，系由增益時序控制器42中的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 線則制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，小于目標音量的原始聲音信號將被緩 步放大，但大于目標音量的原始聲音信號將被快速抑制。
圖7系為本案裝置運作時，關于偵測到噪音時增益值A、原始聲音信 號的波形示意圖，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(shù)器343所預設的該預設時間長度，而第四反應時 間便是增益值產(chǎn)生器31將增益值A重置到0dB所需的時間，這些時間都 可以讓設計者來設定與調整。
再請參見圖8，其系本案所發(fā)展出來一種音量控制方法的步驟流程示 意圖，首先接收一原始聲音信號(步驟81)，然后根據(jù)一目標音量將該原始 聲音信號進行能量的縮放，進而輸出逐步收斂至該目標音量的一自動增益 聲音信號(步驟82)，然后根據(jù)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)，最后輸出一補償后聲音信號(步驟84)。 至于步驟82的細節(jié)則可如圖9所示的步驟流程示意圖，其中先根據(jù) 一增益值來對該原始聲音信號進行能量的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)，然后根據(jù)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(jù)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的細節(jié)也可如圖IO所示的另一實施例的步驟流程示意圖， 其中先根據(jù)一增益值來對該原始聲音信號進行能量的縮放而輸出自動增 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)，然后根據(jù)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(jù)該第一差值將該增益值進行 增加或減少的動作(步驟824)，最后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于負值 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的說明，可以清楚了解到，利用本案的音 量控制裝置與方法，可有效達到自動監(jiān)控電視機的音量，用以消除音量變 化所造成的不適感且省去手動的麻煩，而且根據(jù)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，也可免于因抑制音量變化所造成 聲音質量與動態(tài)反應能力的下降。是故，本發(fā)明得由熟習此技藝的人士任 施匠思而為諸般修飾，然皆不脫離權利要求的保護范圍。
權利要求
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的一目標音量，其特征在于，其包含一自動增益控制器，用以對所接收到的該原始聲音信號進行能量的縮放，進而輸出逐步收斂至該目標音量的一自動增益聲音信號；以及一等響度控制器，電連接于該自動增益控制器，用以根據(jù)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，進而輸出一補償后聲音信號。
2. 如權利要求1所述的音量控制裝置，其特征在于，上述的等響度控制器 可根據(jù)準位不同的目標音量而對應出復數(shù)條響度曲線，而在一特定頻率區(qū)段附 近，該些響度曲線的增益值系具有實質相同的數(shù)值，而在該特定頻率區(qū)段外的 高頻段與低頻段，則對增益值有不同幅度的增加。
3. 如權利要求2所述的音量控制裝置，其特征在于，上述的等響度控制器 系為一可設定雙二階無限脈沖響應濾波器，藉由對其參數(shù)的設定，用以于復數(shù) 條特性不同的響度曲線中選出該響度曲線。
4. 如權利要求1所述的音量控制裝置，其特征在于，該自動增益控制器包含一輸入 端乘法器，其系根據(jù)一增益值來對該原始聲音信號進行能量的縮放， 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，電連接于該輸入端乘法器，其系對輸出的自動增益聲音信 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，電連接于該準位偵測器，其系根據(jù)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(chǎn)生器，電連接于該目標準位比較器與該輸入端乘法器，用以產(chǎn) 生該增益值，該增益值產(chǎn)生器根據(jù)該第一差值對該增益值進行增加或減少的動作。
5. 如權利要求4所述的音量控制裝置，其特征在于，該增益值產(chǎn)生器包含: 一乘法器，電連接于該目標準位比較器，用以將該目標準位比較器輸出的該第一差值與該增益值相乘后得到一第一乘積值；一第一正負值判斷模塊，電連接于該乘法器，其系因應該第一乘積值的正 負來發(fā)出一選擇信號；一增益時序控制器，電連接于該第一正負值判斷模塊，其系因應該選擇信 號來選用相對應的一增加曲線來產(chǎn)生一增量；一加法器，電連接于該增益時序控制器與該輸入端乘法器，用以將該增量 與回授的該增益值相加后更新該增益值；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。
6. 如權利要求5所述的音量控制裝置，其特征在于，該增益值產(chǎn)生器更包 含一限制器，電連接于該加法器與該分貝/純量轉換器之間，用以將該增益值限 制在一最大值之下。
7. 如權利要求1所述的音量控制裝置，其特征在于，該自動增益控制器包含一輸入端乘法器，其系根據(jù)一增益值來對該原始聲音信號進行能量的縮放， 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，電連接于該輸入端乘法器，其系對輸出的自動增益聲音信 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，電連接于該準位偵測器，其系根據(jù)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(chǎn)生器，電連接于該目標準位比較器與該輸入端乘法器，其系根 據(jù)該第一差值來將其輸出的該增益值進行增加或減少的動作；以及一噪音偵測器，電連接于該準位偵測器及該增益值產(chǎn)生器，其系將該準位偵測器輸出的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， 而當該第二差值處于負值達到該預設時間長度后，將該增益值產(chǎn)生器輸出的該 增益值歸零。
8. 如權利要求7所述的音量控制裝置，其特征在于，該增益值產(chǎn)生器包含: 一多任務器，電連接于該噪音偵測器與該目標準位比較器，用以受該噪音偵測器的控制而從該第一差值與該增益值的倒數(shù)中擇一輸出；一乘法器，電連接于該多任務器，用以將該多任務器的輸出與該增益值相 乘后得到一第一乘積值；一第一正負值判斷模塊，電連接于該乘法器，其系因應該第一乘積值的正 負來發(fā)出一選擇信號；一增益時序控制器，電連接于該第一正負值判斷模塊，其系因應該選擇信 號來選用相對應的一增加曲線來產(chǎn)生一增量；一加法器，電連接于該增益時序控制器與該輸入端乘法器，用以將該增量 與回授的該增益值相加后更新該增益值；一限制器，電連接于該加法器，用以將該增益值限制在一最大值之下；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
9. 如權利要求1所述的音量控制裝置，其特征在于，該自動增益控制器包含一可程序延遲裝置，其系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，電連接于該可程序延遲裝置，其系根據(jù)一增益值來對經(jīng)過該預定時間延遲的該原始聲音信號進行能量的縮放，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，其系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，電連接于該準位偵測器，其系根據(jù)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(chǎn)生器，電連接于該目標準位比較器與該輸入端乘法器，用以產(chǎn) 生該增益值，該增益值產(chǎn)生器根據(jù)該第一差值對該增益值進行增加或減少的動 作。
10. 如權利要求1所述的音量控制裝置，其特征在于，該自動增益控制器包含一可程序延遲裝置，其系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，電連接于該可程序延遲裝置，其系根據(jù)一增益值來對經(jīng)過該預定時間延遲的該原始聲音信號進行能量的縮放，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，其系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，電連接于該準位偵測器，其系根據(jù)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(chǎn)生器，電連接于該目標準位比較器與該輸入端乘法器，用以產(chǎn) 生該增益值，該增益值產(chǎn)生器根據(jù)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，電連接于該準位偵測器及該增益值產(chǎn)生器，其系將該準位 偵測器輸出的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， 而當該第二差值處于負值達到該預設時間長度后，將該增益值產(chǎn)生器輸出的該 增益值歸零。
11. 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的一 目標音量，其特征在于，其包含下列步驟接收該原始聲音信號；根據(jù)該目標音量將該原始聲音信號進行能量的縮放，進而輸出逐步收斂至該目標音量的一自動增益聲音信號；以及根據(jù)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， 以輸出一補償后聲音信號。
12. 如權利要求11所述的音量控制方法，其特征在于，根據(jù)準位不同的該 目標音量而從復數(shù)條響度曲線中對應出該響度曲線，而在一特定頻率區(qū)段附近， 該些響度曲線的增益值系具有實質相同的數(shù)值，而在該^^定頻率區(qū)段外的高頻 段與低頻段，則對增益值有不同幅度的增加。
13. 如權利要求11所述的音量控制方法，其特征在于，根據(jù)該目標音量來 對該原始聲音信號進行能量的縮放的方法包含下列步驟根據(jù)一增益值來對該原始聲音信號進行能量的縮放，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(jù)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(jù)該第一差值將該增益值進行增加或減少的動作。
14. 如權利要求13所述的音量控制方法，其特征在于，根據(jù)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后得到一第一乘積值； 因應該第一乘積值的正負來發(fā)出一選擇信號；因應該選擇信號來選用相對應的一增加曲線來產(chǎn)生一增量；以及 將該增量與回授的該增益值相加后更新該增益值再予以輸出。
15. 如權利要求11所述的音量控制方法，其特征在于，根據(jù)該目標音量來 對該原始聲音信號進行能量的縮放的方法包含下列步驟根據(jù)一增益值來對該原始聲音信號進行能量的縮放，進而輸出該自動增益 聲音信號；對輸出的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(jù)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(jù)該第一差值來將其輸出的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 該第二差值處于負值達到一預設時間長度后，用以將該增益值歸零。
16. 如權利要求15所述的音量控制方法，其特征在于，根據(jù)該第一差值來 將其輸出的該增益值進行增加或減少的動作包含下列步驟-因應該第二差值的變化而從該第一差值與該增益值的倒數(shù)中擇一輸出； 將該第一差值或該增益值的倒數(shù)中的一數(shù)值與該增益值相乘后得到一第一 乘積值；因應該第一乘積值的正負來發(fā)出一選擇信號；因應該選擇信號來選用相對應的一增加曲線來產(chǎn)生一增量；以及 將該增量與回授的該增益值相加后更新該增益值再予以輸出。
17. 如權利要求13所述的音量控制方法，其特征在于，對輸出的自動增益 聲音信號的準位進行偵測的方法包含下列步驟除去該自動增益聲音信號中的直流成份以及重低音部份； 將該自動增益聲音信號中的交流信號的負數(shù)成份轉正； 求出與該自動增益聲音信號的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的單位轉成分貝后輸出。
18. 如權利要求15所述的音量控制方法，其特征在于，根據(jù)該第一差值來 將其輸出的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。
19. 如權利要求11所述的音量控制方法，其特征在于，根據(jù)該目標音量來 對該原始聲音信號進行能量的縮放的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(jù)一增益值來對經(jīng)過該預定時間延遲的該原始聲音信號進行能量的縮 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(jù)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(jù)該第一差值將該增益值進行增加或減少的動作。
20.如權利要求11所述的音量控制方法，其特征在于，根據(jù)該目標音量來 對該原始聲音信號進行能量的縮放的方法包含下列步驟-將該原始聲音信號進行一預定時間的延遲；根據(jù)一增益值來對經(jīng)過該預定時間延遲的該原始聲音信號進行能量的縮放，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(jù)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(jù)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，而當該第二差值處于負值達到一預設時間長度后，用以將該增益值歸零。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種音量控制裝置與方法，可有效達到自動監(jiān)控電視機的音量，用以消除音量變化所造成的不適感且省去手動的麻煩，也可免于因抑制音量變化所造成聲音質量與動態(tài)反應能力的下降。音量控制裝置包含一自動增益控制器以及一等響度控制器，而該方法包含下列步驟該自動增益控制器接收一原始聲音信號；該自動增益控制器根據(jù)該目標音量來對該原始聲音信號進行能量的縮放，進而輸出逐步收斂至該目標音量的一自動增益聲音信號；以及該等響度控制器根據(jù)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，進而輸出一補償后聲音信號。
文檔編號H03G7/00GK101599747SQ20091013765
公開日2009年12月9日 申請日期2009年5月4日 優(yōu)先權日2008年5月5日
發(fā)明者張榮貴, 林煌翔, 陳紹喜 申請人:晨星軟件研發(fā)(深圳)有限公司;晨星半導體股份有限公司