一種音量控制方法及設備的製作方法
2024-01-23 05:14:15
專利名稱：一種音量控制方法及設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一般電子設備中的音量控制領域，具體來說是關於 一種 在音頻播放裝置上進行音量幅度控制的方法及設備。
背景技術：
隨著現代多媒體技術的普及和應用，音頻播放設備也越來越普及。
從傳統的收音機，電視機，隨身聽到現代的MP3， MP4等，都有相應的 音頻播放模塊。音頻設備在給我們帶來諸多方便的同時也會出現一些問 題。很多時候，由於音源的動態範圍不同，經常會出現聲音忽大忽小的 情況。例如，在收聽過程中由於切換頻道或節目變更，音量會出現突然 變大的情況，或是在聽MP3時，有些音樂音量較大而另一些音量較小。 在這些情況下，如果音量突然增大，往往給人們帶來很大的不適，或是 打擾他人休息，更有甚者，如果聲音變化幅度很大，有時還可能還會損 害收聽者聽力。
在上述情況下就需要對聲音信號進行限幅。常用在時域上的限幅手 段有兩種， 一種是對信號進行非線性變換的限幅，如對信號進行削頂， 這樣做的優點是實時性(即處理突然的聲音增大)好，但缺點是對於較 大的聲音失真嚴重，故很難處理動態範圍較大的信號。另外一種方法是 根據當前的動態範圍對信號進行整個範圍的線性變換，這樣做的好處就 是不存在失真，但缺點是其判定動態範圍的方法需要綜合實時性和有效 性兩個方面，在實際應用中不大容易把握。如果能將兩者結合起來，利 用部分非線性變幻解決實時性的問題，而利用整體線性變換有效的解決 失真問題，就有可能達到較好的處理效果。
發明內容
本發明的目的就在於提供一種新型的音量控制方法及設備，結合信 號非線性變換實時性強和線性變換失真少的優點，同時還保證了變換過 程的實時性和有效性。
本發明目的通過下述方法實現 一種音量控制方法，所述方法包括 以下步驟(1)輸入音頻信號；(2)設置音頻信號的線性區和非線性 區；(3)判斷音頻信號是否處在線性區；(4)若音頻信號處在線性區則按線性變換處理，否則按非線性變換處理。
上述步驟(2)中設置的音頻信號線性區和非線性區可以通過對音 頻信號的整體監測進行調整。
調整音頻信號線性區和非線性區可以採用以下方法(a)設置線 性空間調控因子和差值積分初值；(b)讀取音頻信號；(c)計算讀取 的音頻信號理論線性區與現有線性區的差值；(d)計算差值積分；(e) 判斷差值積分結果是否超過閾值；(f)若超過閾值則調整線性空間調控 因子改變線性區和非線性區範圍並將差值積分清零，否則返回(b)步 重新開始音頻信號監測。
步驟(f)中，當差值積分結果超過閾值上限時，線性空間調控因子 將增大，當差值積分結果超過閾值下限時，線性空間調控因子將減小或 等於1。
本發明方法中，對音頻信號的處理都是針對時域信號的處理，並且 在信號的非線性變換採用的變換函數是值域有限的奇函數，該變換函數 在除線性區與非線性區的交點以外二階可導，且一階導數是正值而二階 導數是負值。
本發明還包括為實現上述音量控制方法的裝置，包括輸入音頻信 號的輸入模塊；音頻信號的線性區和非線性區範圍的監測調整模塊；音 頻信號是否處於線性區的判斷模塊；音頻信號的線性變換模塊及非線性 變換模塊；變換後音頻信號的輸出模塊。
使用本發明的方法和裝置與傳統音量控制方法相比較，通過非線性 變換來達到實時限制音量幅度的作用，並通過對信號整體的監測調整線 性區和非線性區的範圍，達到了減少失真的效果。
下面參照附圖對本發明的具體實施方案進行詳細的說明，附圖中
圖1是本發明所用音量控制方法的流程圖2是音頻信號的線性區和非線性區監測調整流程圖。
具體實施例方式
下面結合圖1和圖2對本發明的方法進行具體說明。
首先，由系統或用戶給出兩個參數D、 B,其中D是線性區的輸出
範圍，即信號線性變換的輸出範圍在[-D， D]之間，B是系統最大的輸出
範圍，信號輸出的範圍在[-B， B]之間。如圖1,首先判斷輸入信號是否在線性區內。若輸入信號X線性區
的範圍為-《￡>《;^"2);其中"為線性區域調控因子，x的非線性 區的範圍為 或
若x在線性區內，則變換後的值為/(x) = !,直接輸出。
a
若x不在線性區內，則分兩種情況進行變換
當"-ai)時，/(x) = -Z)-(B-D)g
a6 —
;其中，gw是選定的變換函
數，g(x)是定義在[0，+oo)上的函數，須滿足以下條件
1. g(0) = 0;
2. limg("(0)=1;
3. g'(j0>0O>0);
4. g'(jc)0);
5. limgO) = l。
此時，/(x)在(-oo,+oo)上單調有界，得到/(;c)後，即可作為最後輸出。 本發明為保證音頻信號播放過程中的有效性，使播放的動態範圍和 輸入的動態範圍相匹配，即提高信噪比或減少信號失真，需要對整體音 頻信號進行監測，通過設置和調整線性區域調控因子"改變線性區和非 線性區範圍，具體監測和調整過程如圖2所示
a、 首先將線性區域調控因子fl設置為1，把差值積分C設置為O;
b、 讀取iV個聲音點
c、 計算N個信號點理論線性區與現有線性區的差值P，計算公式
如下:P = "X1^=~ — oD，其中；ff為校正因子，l<y5<2;
if
d、 計算差值的積分C-C +戶；
e、 查看c是否超過閾值，即C〉e+x"或是C〈-其中e+是給 定的上界，而f是給定的下界， 一般情況下，g+<e—,超過上界代表出 現失真，而超過下界代表動態範圍利用不足，當失真發生時，需要採用 更快的處理。如未發生超過閾值的情況，則跳轉至b。
f、 當C〉2+x。時，a = ^,C = 0, a的Y直將增大；當C〈—G-xD時，
a = maX(7",l),C = 0,"的值將減小或等於l,其中，y是給定的調整速度的 參悽丈，0<;r<l。浪匕壽爭至b。
顯而易見，在不偏離本發明的真實精神和範圍的前提下，在此描述 的本發明可以有許多變化。因此，所有對於本領域技術人員來說顯而易 見的改變，都應包括在本權利要求書所涵蓋的範圍之內。本發明所要求 保護的範圍僅由所述的權利要求書進行限定。
權利要求
1、一種音量控制方法，其特徵在於所述方法包括以下步驟(1)輸入音頻信號；(2)設置音頻信號的線性區和非線性區；(3)判斷音頻信號是否處在線性區；(4)若音頻信號處在線性區則按線性變換處理，否則按非線性變換處理。
2、 根據權利要求1所述的音量控制方法，其特徵在於所述步驟(2) 中設置的音頻信號線性區和非線性區通過對音頻信號的整體監測進行 調整。
3、 根據權利要求1或2所述的音量控制方法，其特徵在於步驟(2) 中的線性區和非線性區範圍調整採用以下方法(a)設置線性空間調 控因子和差值積分初值(b)讀取音頻信號；(c)計算讀取的音頻信號 理論線性區與現有線性區的差值；(d)計算差值積分；(e)判斷差值 積分結果是否超過閾值；(f)若超過閾值則調整線性空間調控因子改變 線性區和非線性區範圍並將差值積分清零，否則返回(b)步重新開始 音頻信號監測。
4、 根據權利要求3音量控制方法，其特徵在於步驟(f)中，當差值 積分結果超過闊值上限時，線性空間調控因子將增大，當差值積分結果 超過閾值下限時，線性空間調控因子將減小或等於1。
5、 根據權利要求1所述的音量控制方法，其特徵在於音頻信號的非 線性變換採用的變換函數是值域有限的奇函數，該變換函數在除線性區 與非線性區的交點以外二階可導，且一 階導數是正值而二階導數是負 值。
6、 根據權利要求1所述的音量控制方法，其特徵在於輸入的音頻信號是時域信號。
7、 一種音量控制裝置，其特徵在於包括 輸入音頻信號的輸入模塊；音頻信號的線性區和非線性區範圍的監測調整模塊;音頻信號是否處於線性區的判斷模塊；音頻信號的線性變換模塊及非線性變換模塊；變換後音頻信號的輸出模塊。
全文摘要
本發明公開了一種音量控制方法，包括(1)輸入音頻信號；(2)設置音頻信號的線性區和非線性區；(3)判斷音頻信號是否處在線性區；(4)若音頻信號處在線性區則按線性變換處理，否則按非線性變換處理。並且，步驟(2)中設置的音頻信號線性區和非線性區可以通過對音頻信號的整體監測進行調整。本發明還包括為實現上述音量控制方法的裝置，包括輸入模塊；音頻信號的線性區和非線性區範圍的監測調整模塊；判斷模塊；線性變換模塊及非線性變換模塊和輸出模塊。本發明的方法和裝置通過非線性變換部分來達到實時限制音量幅度的作用，並通過對信號整體的監測調整線性區和非線性區的範圍，達到了減少失真的效果。
文檔編號H03G3/20GK101304242SQ20081011643
公開日2008年11月12日 申請日期2008年7月10日 優先權日2008年7月10日
發明者巖 史 申請人:北京海爾集成電路設計有限公司