音频信号处理装置与其音频信号调整方法与流程

本发明是有关于音频信号处理技术，且特别是有关于一种可调整增益值的音频信号处理装置与其音频信号调整方法。

背景技术：

随着科技的进步，消费者越来越注重多媒体播放装置的音频信号输出品质。然而，当多媒体播放装置的扬声器在播放声音时，音频信号输出品质可能会受到扬声器本身能力的限制。举例而言，基于扬声器的硬体结构设计，扬声器振膜的最大可推动位移是有限制的。因此，扬声器的振膜可能无法响应于音量过大的音频信号而产生对应的理想位移，此可能使声音出现削顶失真(消波失真)的破音现象并使扬声器发生损伤。换言之，当音量过大时，不仅多媒体播放装置的音频信号输出品质将受到影响，且多媒体播放装置内部的扬声器也可能受到损伤。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种音频信号处理装置与其音频信号调整方法，其可防止音频信号失真并且避免扬声器受到损伤。

本发明的一实施例提供一种音频信号处理装置，其包括增益决定电路以及音频信号处理电路。增益决定电路接收模拟音频信号。响应于检测到模拟音频信号的当前取样振幅大于预设临界值，增益决定电路基于预设临界值与模拟音频信号的振幅之间的差值决定增益值。音频信号处理电路耦接增益决定电路，并接收模拟音频信号与增益值。音频信号处理电路依据增益值衰减模拟音频信号而产生输出音频信号。

从另一观点来看，本发明的一实施例提出一种音频信号处理电路，其包括下列步骤：接收模拟音频信号；响应于检测到模拟音频信号的当前取样振幅大于预设临界值，基于预设临界值与模拟音频信号的振幅之间的差值决定增益值；以及依据增益值衰减模拟音频信号而产生输出音频信号。

基于上述，在本发明的实施例中，当音量太大而使模拟音频信号的振幅过大时，增益决定电路可即时的依据预设临界值与模拟音频信号的振幅之间的差值而弹性决定增益值。藉此，音频信号处理电路可即时的依据调整后的增益值来衰减模拟音频信号，从而避免播放声音发生削顶失真的现象并保护扬声器免于损毁。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

附图说明

图1是根据本发明的一实施例所绘示的音频信号处理装置的示意图。

图2是根据本发明的一实施例所绘示的决定增益值的范例示意图。

图3是根据本发明的一实施例所绘示的决定增益值的范例示意图。

图4是根据本发明的一实施例所绘示的决定增益值的范例示意图。

图5是根据本发明的一实施例所绘示的音频信号调整方法的流程图。

图6是根据本发明的一实施例所绘示的音频信号调整方法的流程图。

附图标记说明

10：音频信号处理装置

101：音频信号处理电路

102：增益决定电路

20：扬声器

s1：模拟音频信号

s2：输出音频信号

g1：增益值

c1：曲线

s501～s512、s601～s613：步骤

具体实施方式

现将详细参考本示范性实施例，在附图中说明所述示范性实施例的实例。另外，凡可能之处，在图式及实施方式中使用相同标号的元件/构件代表相同或类似部分。

图1是根据本发明的一实施例所绘示的音频信号处理装置的示意图。请参照图1，音频信号处理装置10耦接扬声器20，用于播放声音，可应用于例如是智能音箱或可携式音乐播放装置的电子装置。音频信号处理装置10包括增益决定电路101以及音频信号处理电路102。音频信号处理电路102接收模拟音频信号s1与增益值g1。音频信号处理电路102可包括放大器电路102_1，依增益决定电路101决定的增益值g1衰减模拟音频信号s1，进而产生输出音频信号s2。需说明的是，当增益值g1为1的时候，模拟音频信号s1并不会被音频信号处理电路102衰减。当增益值g1小于1的时候，模拟音频信号s1将被音频信号处理电路102衰减。扬声器20用于产生可听得到的声音。音频信号处理电路102耦接到扬声器20且提供用于驱动扬声器20的输出音频信号s2。

增益决定电路101耦接音频信号处理电路102，并接收模拟音频信号s1。于本发明的实施例中，增益决定电路101将依据模拟音频信号s1来决定适当的增益值g1。更详细而言，增益决定电路101将检测模拟音频信号s1的振幅是否大于预设临界值。当模拟音频信号s1的当前取样振幅大于预设临界值时，增益决定电路101开始基于预设临界值与模拟音频信号s1的振幅之间的差值决定增益值g1，致使音频信号处理电路102可将模拟音频信号s1依据适当的增益值g1进行衰减。上述预设临界值可视实际应用与需求而设计之，本发明对此并不限制。

也就是说，增益决定电路101可依据预设临界值与模拟音频信号s1的振幅之间的差值来调降增益值g1。更具体而言，模拟音频信号s1的振幅随着时间而改变，当检测到模拟音频信号s1的当前取样振幅大于预设临界值时，增益值g1将随着预设临界值与模拟音频信号s1的振幅之间差值的增加而减少。藉此，由于用以驱动扬声器20的输出音频信号s2是经过基于增益值g1的衰减处理而产生，因此可避免削顶失真的现象与预防扬声器被损坏。

此外，当模拟音频信号s1的振幅小于预设临界值超过一预设时间，增益决定电路101可将增益值g1直接回复为预设值或逐步调升回预设值，以避免进行不必要的衰减。具体而言，在增益值g1被调降的情况下，当模拟音频信号s1的当前取样振幅从大于预设临界值下降至小于预设临界值时，增益决定电路101可启动第一计数器(counter)开始计数。当第一计数器计数至第一目标值时，增益决定电路101决定调升增益值。

以下将列举实施范例以清楚说明增益决定电路101如何调降与调升增益值g1。

图2是根据本发明的一实施例所绘示的决定增益值的范例示意图。请参照图2，假设增益决定电路101接收的模拟音频信号s1如曲线c1所示。于时间点t1，增益决定电路101检测到模拟音频信号s1的当前取样振幅a大于预设临界值th，因此增益决定电路101开始调降增益值。于时间点t1～t2，模拟音频信号s1的振幅越来越大(由振幅a上升至振幅b)，而模拟音频信号s1的振幅与预设临界值th之间的差值也越来越大，因而增益值于时间点t1～t2逐渐被增益决定电路101调降。

于一实施例中，增益决定电路101可依据公式(1)计算出一公式计算值来调降增益值。

ga＝1-(x-th)*p公式(1)

其中ga为公式计算值，x为模拟音频信号s1的当前取样振幅，th为预设临界值，而p为调整参数。于图2的实施例中，于时间点t1～t2，增益决定电路101可依序取得逐渐增加的多个当前取样振幅(例如对应至时间点t2的当前取样振幅b)，因而可依据公式(1)产生逐渐下降的增益值。然而，于另一实施例中，增益决定电路101也可依据模拟音频信号s1的振幅与预设临界值th之间的差值进行查表而决定增益值。

需注意的是，于本实施例中，当模拟音频信号s1的当前取样振幅大于预设临界值并大于之前曾经出现的振幅最大值时，增益决定电路101才调降增益值。否则，当模拟音频信号s1的当前取样振幅大于预设临界值但不大于之前曾经出现的振幅最大值时，增益决定电路101将维持先前调降的增益值，即不更新基于模拟音频信号s1的先前取样振幅而决定的增益值。于此，模拟音频信号s1中曾经出现的振幅最大值将被记录下来并称为最大记录值。以图2为范例说明，于时间点t1～t2，模拟音频信号s1的振幅越来越大，因此最大记录值将不断地被当前取样的当前取样振幅更新。

换言之，当模拟音频信号s1的当前取样振幅大于预设临界值th时，增益决定电路101进一步判断模拟音频信号s1的当前取样振幅是否大于最大记录值。当模拟音频信号s1的当前取样振幅大于最大记录值时，增益决定电路101依据当前取样振幅与预设临界值th之间的差值更新增益值，并且以当前取样振幅更新最大记录值。否则，当模拟音频信号s1的当前取样振幅不大于最大记录值时，增益决定电路101不更新基于模拟音频信号s1的先前取样振幅而决定的增益值。

于时间点t2，模拟音频信号s1的当前取样振幅b大于预设临界值th，且增益决定电路101判断模拟音频信号s1的当前取样振幅b大于前一取样时间记录的最大记录值。因此，于时间点t2，增益决定电路101依据当前取样振幅b与预设临界值th之间的差值更新增益值，并且以当前取样振幅b更新最大记录值。于本实施例中，当模拟音频信号s1的当前取样振幅b大于预设临界值th与最大记录值时，增益决定电路101可基于当前取样振幅b并依据公式(1)计算公式计算值以更新增益值。

接着，于时间点t2～t3，模拟音频信号s1的振幅越来越小(由振幅b下降至振幅c)。虽然模拟音频信号s1于时间点t2～t3内的当前取样振幅皆大于预设临界值，但模拟音频信号s1于时间点t2～t3内的当前取样振幅并未大于最大记录值(亦即对应至时间点t2的先前取样振幅b)，因此增益决定电路101不更新基于模拟音频信号s1的先前取样振幅b而决定的增益值。于时间点t3～t4，模拟音频信号s1的振幅越来越大(由振幅c上升至振幅d)。虽然模拟音频信号s1于时间点t3～t4内的当前取样振幅皆大于预设临界值，但模拟音频信号s1于时间点t3～t4内的当前取样振幅并未大于最大记录值(亦即对应至时间点t2的先前取样振幅b)，因此增益决定电路101不更新基于模拟音频信号s1的先前取样振幅b而决定的增益值。

之后，于时间点t4～t5，模拟音频信号s1的振幅越来越大(由振幅d上升至振幅e)。因而，增益决定电路101于时间点t4～t5内的操作相似于时间点t1～t2内的操作，即持续调降增益值与持续更新最大记录值。于时间点t5～t6，模拟音频信号s1的振幅越来越小(由振幅e下降至振f)。因而，增益决定电路101于时间点t5～t6内的操作相似于时间点t2～t4内的操作，即维持基于模拟音频信号s1的先前取样振幅e而决定的增益值且不更新最大记录值。

于时间点t6，增益决定电路101判断模拟音频信号s1的当前取样振幅从大于预设临界值th下降至小于预设临界值th。当模拟音频信号s1的当前取样振幅从大于预设临界值th下降至小于预设临界值th时，增益决定电路101启动第一计数器开始计数。于时间点t6～t7，模拟音频信号s1的振幅并未出现大于预设临界值th的情况，因此第一计数器持续计数。于时间点t7，第一计数器计数至第一目标值。当第一计数器计数至第一目标值时，增益决定电路101决定调升增益值。上述第一目标值可视实际应用与需求而设计之。换言之，当模拟音频信号s1的振幅持续小于预设临界值th超过一预设时段，增益决定电路101决定调升将已调降的增益值。需注意的是，于第一计数器计数期间，响应于检测到模拟音频信号s1的当前取样振幅大于预设临界值th，增益决定电路101将归零第一计数器，以避免过度频繁地调整增益值。

于图2的实施例中，在第一计数器计数至第一目标值之后，于时间点t8，当增益决定电路101检测到模拟音频信号s1的当前取样振幅h过零点，增益决定电路101将增益值回复为预设值。图2示范增益决定电路101将增益值回复为1，但本发明对此并不限制。此预设值可视实际应用与需求而设计之。换言之，增益决定电路101可包括零交点检测器(zero-crossingdetector)，以检测模拟音频信号s1的当前取样振幅h是否越过零点。

图3是根据本发明的一实施例所绘示的决定增益值的范例示意图。请参照图3，图3中时间点t1～t7内的操作相似于图2中时间点t1～t7内的操作，于此不再赘述。图3实施例与图2实施例之间的差别在于，第一计数器计数至第一目标值之后增益值的调升方式。于图3的实施例中，于时间点t7，在第一计数器计数至第一目标值之后，增益决定电路101启动第二计数器开始计数。响应于第二计数器计数至第二目标值，增益决定电路101将当前的增益值加上预设间隔δd。上述预设间隔δd可视实际应用与需求而设计之。于时间点t7～t8，当第二计数器计数至第二目标值，增益决定电路101以预设间隔δd递增增益值直至增益值回复至预设值。于时间点t9，增益值已回复至预设值，因而增益决定电路101无须再以预设间隔δd递增增益值。图3示范增益决定电路101将增益值回复为1，但本发明对此并不限制。相较于图2直接将增益值回复为一预设值，图3实施例是以渐进的方式来将增益值调升回预设值，可避免因增益值剧烈调升而使用户发现输出音量的不正常跳动。

于图3的实施例中，于增益决定电路101以预设间隔δd重复递增增益值的期间，模拟音频信号s1的振幅并未超过预设临界值，因而增益决定电路101持续以预设间隔δd重复递增增益值。然而，于一实施例中，于增益决定电路101以预设间隔重复递增增益值的期间，当模拟音频信号s1的当前取样振幅大于预设临界值，增益决定电路101将依据当前增益值与公式计算值的比较结果而执行对应的操作。以下列举实施例以说明。

图4是根据本发明的一实施例所绘示的决定增益值的范例示意图。图4中时间点t1～t7内的操作相似于图3中时间点t1～t7内的操作，于此不再赘述。图4实施例与图3实施例之间的差别在于，模拟音频信号s1于依据预设间隔逐步调升增益值期间出现大于预设临界值th的情况。请参照图4，于增益决定电路101以预设间隔重复递增增益值的期间，于时间点t8，增益决定电路101检测到模拟音频信号s1的当前取样振幅i大于预设临界值th。响应于检测到模拟音频信号s1的当前取样振幅i大于预设临界值th，增益决定电路101判断当前的增益值g1是否大于公式计算值，此公式计算值是将当前取样振幅i代入公式(1)计算而得。于图4的范例中，当前的增益值g1小于公式计算值。因此，于时间点t8，当目前的增益值g1小于公式计算值，增益决定电路101不更新增益值并将第二计数器归零而延长增益值回复至预设值所需要的时间。亦即，于时间点t8～t9，增益决定电路101判断当前的增益值皆大于公式计算值，因此增益决定电路101重复归零第二计数器，而致使增益值于时间点t8～t9并未改变。接着，于时间点t9～t10，模拟音频信号s1的当前取向振幅皆小于预设临界值，因而增益决定电路101继续以预设间隔重复递增增益值直至增益值等于预设值。

另外需说明的是，相较于图4所示的时间点t8～t9内增益值皆大于公式计算值的范例，当模拟音频信号s1的当前取向振幅大于预设临界值且目前的增益值大于公式计算值，增益决定电路101将以公式计算值更新增益值，而出现增益值下降的情况。

图5是根据本发明的一实施例所绘示的的音频信号调整方法的流程图。本实施例之音频信号调整方法的相关实施细节以及相关装置特征可由上述关于图1至图4的各实施例的叙述当中，获得足够的教示、建议以及实施方式，在此不再加以赘述。

于步骤s501，取得模拟音频信号的当前取样振幅。于步骤s502，判断当前取样振幅是否大于预设临界值。若当前取样振幅大于预设临界值(步骤s502判断为是)，于步骤s503，判断当前取样振幅是否大于最大记录值。若当前取样振幅大于最大记录值(步骤s503判断为是)，于步骤s504，基于当前取样振幅计算公式计算值而更新增益值，并更新最大记录值。若当前取样振幅不大于最大记录值(步骤s503判断为否)，于步骤s505，不更新基于模拟音频信号的先前取样振幅而决定的增益值。

另一方面，若当前取样振幅不大于预设临界值(步骤s502判断为否)，于步骤s506，判断增益值是否等于预设值。若增益值不等于预设值，代表增益值处于被调降的状态中。于此，当增益值不等于预设值且第一计数器尚未被启动时，于步骤s507，启动第一计数器。当增益值不等于预设值时但第一计数器已启动，进入步骤s508。于步骤s508，判断第一计数器是否计数至第一目标值，以决定是否调升增益值。若第一计数器计数至第一目标值(步骤s508判断为是)，于步骤s509，判断模拟音频信号的当前取样振幅是否过零点。若模拟音频信号的当前取样振幅过零点(步骤s509判断为是)，将增益值回复为预设值。若第一计数器尚未计数至第一目标值(步骤s508判断为否)，于步骤s511，判断当前取样振幅是否大于预设临界值。若当前取样振幅大于预设临界值(步骤s511判断为是)，归零第一计数器。

图6是根据本发明的一实施例所绘示的的音频信号调整方法的流程图。本实施例音频信号调整方法的相关实施细节以及相关装置特征可由上述关于图1至图4的各实施例的叙述当中，获得足够的教示、建议以及实施方式，在此不再加以赘述。

于步骤s601，取得模拟音频信号的当前取样振幅。于步骤s602，判断当前取样振幅是否大于预设临界值。若当前取样振幅大于预设临界值(步骤s602判断为是)，于步骤s603，判断当前取样振幅是否大于最大记录值。若当前取样振幅大于最大记录值(步骤s603判断为是)，于步骤s604，基于当前取样振幅计算公式计算值而更新增益值，并更新最大记录值。若当前取样振幅不大于最大记录值(步骤s603判断为否)，于步骤s605，不更新基于模拟音频信号的先前取样振幅而决定的增益值。

另一方面，若当前取样振幅不大于预设临界值(步骤s602判断为否)，于步骤s606，判断增益值是否等于预设值。若增益值不等于预设值，代表增益值处于被调降的状态中。于此，当增益值不等于预设值且第一计数器尚未被启动时，于步骤s607，启动第一计数器。当增益值不等于预设值时但第一计数器已启动，进入步骤s608。于步骤s608，判断第一计数器是否计数至第一目标值，以决定是否调升增益值。

若第一计数器计数至第一目标值(步骤s608判断为是)，于图6的实施例中，将以预设间隔递增增益值或以公式计算值更新增益值。更详细而言，于步骤s609，判断当前取样振幅是否大于预设临界值。若当前取样振幅不大于预设临界值(步骤s609判断为否)，于步骤610，基于第二计数器是否计数至第二目标值而以预设间隔递增增益值。若当前取样振幅大于预设临界值(步骤s609判断为是)，于步骤s611，判断增益值是否大于公式计算值。若增益值大于公式计算值(步骤s611判断为是)，于步骤s612，以公式计算值更新增益值。若增益值不大于公式计算值(步骤s611判断为否)，于步骤s613，归零第二计数器，致使第二计数器归零而暂停以预设间隔递增增益值。

综上所述，在本发明的实施例中，当检测到模拟音频信号的振幅大于预设临界值时，可立即降低增益值而使模拟音频信号立即得到适当的衰减。藉此，可以相当快的反应速度避免用以驱动扬声器的模拟音频信号的振幅过大，进而避免音频输出失真的现象而提升音频信号输出品质。此外，也可同时预防扬声器被振幅过大的模拟音频信号驱动而发生损伤。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

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