专利名称：自动增益控制器及其控制方法
技术领域：
本发明有关一种自动增益控制器及其控制方法，尤指一种具有杂讯抑制功能的自动增益控制器及其控制方法。
(2)背景技术在一般的语音传送设备，例如数字加强式无线通讯系统(Digital EnhancedCordless Telecommunications，DECT)中，为了消除回音(echo)，常会内建回音消除器(echo canceller)。同时在免手持式(hand free)手机中，因为说话者的位置跟手机之间的距离可能会有变化，导致声音忽大忽小，为了将音量控制在预设的范围内，一般的语音传送设备皆会使用一自动增益控制器来进行音量的控制。
请参阅图1，其是一般语音传送设备的内部电路方块图，其包含一模拟数字转换器(Anolog-to-Digital Converter，ADC)11、一数字模拟转换器(Digital-to-Anolog Converter，DAC)18、一有限脉冲反应滤波器(Finite Impulse ResponseFilter)15、以及一自动增益控制器(Automatic Gain Controller，ADC)13。模拟信号输入经由该模拟数字转换器11转换成一数字信号后，再将该数字信号乘上一第一增益12并减去该有限脉冲反应滤波器15所计算出的回音数值，即可得致一信号能量，该信号能量需经由该自动增益控制器13处理后才能传送至扬声器14，这样方能避免受话方所听到的声音产生忽大忽小的现象。而进行发话时，则是将麦克风16所接收的信号乘上一第二增益17后，经由该数字模拟转换器18转换成一模拟信号输出。
请参阅图2(a)及图2(b)，其是一般语音传送设备所使用的自动增益控制器处理音量前的信号波形图及处理音量后的信号波形图。图2(a)所示的波形即为图1上A点的测量波形，而图2(b)所示的波形即为图1上B点的测量波形。由图2(a)及图2(b)可知，该自动增益控制器会设定两个层级(Level)-基准层(AssignedLevel)及杂讯层(Noise Level)。基准层表示最大预设音量，当音量大于基准层时，该自动增益控制器会将音量缩小。而当音量不大于基准层时，该自动增益控制器则会将音量放大，但不会将音量放大至超过基准层。至于该杂讯层是为考虑到音量很小时，可能只是杂讯，故不将其放大。
然而，在实际应用中，使用定点(fixed point)运算来运算该第一增益12及该第二增益17时，可能产生杂讯；另外，该有限脉冲反应滤波器也可能无法将回音清除，而剩下能量较小的杂讯。这些杂在定点运算中，若位元数不够，可能会产生令人不悦的杂音，因此需要更进一步的将此杂讯压低。
(3)发明内容本发明的主要目的是提供一种自动增益控制器，于自动增益控制器的增益判断流程中，加入对杂讯层的判断，于信号能量不大于杂讯层时，提供一个小于1的增益，使其达到抑制杂讯。
根据本发明一方面提供一种自动增益控制器，其包含一第一多路转换器，用以接收一输入信号与一增益并产生一第一输出；一第二多路转换器，用以接收一信号时间常数与一增益时间常数并产生一第二输出；一滤波器，电连接于该第一多路转换器与该第二多路转换器，用以相应该第一输出及该第二输出而产生一信号能量或一实际增益；以及一信号能量处理装置，电连接于该滤波器与该第一多路转换器及该第二多路转换器，用以相应该信号能量而产生该增益及该增益时间常数。
根据上述构想，其中该输入信号是为一音量输入信号。
根据上述构想，其中该第一多路转换器及该第二多路转换器是藉由一信号致能端的准位变化来决定该第一输出及该第二输出。
根据上述构想，当该信号致能端为高准位时，则该第一输出为该输入信号。
根据上述构想，当该信号致能端为低准位时，则该第一输出为该增益。
根据上述构想，当该信号致能端为高准位时，则该第二输出为该信号时间常数。
根据上述构想，当该信号致能端为低准位时，则该第二输出为该增益时间常数。
根据上述构想，滤波器是为一无限脉冲反应滤波器。
根据上述构想，其中该滤波器是使用两个移位暂存器。
根据上述构想，当该第一输出为该输入信号，该第二输出为该信号时间常数时，该滤波器输出该信号能量。
根据上述构想，当该第一输出为该增益，该第二输出为该增益时间常数时，该滤波器输出该实际增益。
根据上述构想，其中该信号能量处理装置是包含一比较器与一除法器。
根据上述构想，其中该信号能量处理装置是将该信号能量与一预设的杂讯层比较，若该信号能量大于该杂讯层，则该信号能量处理装置输出一第一增益及一第一增益时间常数；若该信号能量不大于该杂讯层，则该信号能量处理装置输出一第二增益及一第二增益时间常数。
根据上述构想，其中该自动增益控制器还包含一乘法器，电连接于该滤波器，用以将该实际增益与该输入信号相乘，以得致一输出信号。
根据上述构想，其中该自动增益控制器还包含一触发器，电连接于该乘法器，藉由其输出致能端来决定何时输出该输出信号。
根据上述构想，其中该触发器是为一D型触发器。
根据本发明另一方面提供一种控制增益的方法，其是通过一自动增益控制器内部的一信号能量处理装置来处理一信号能量，并相应该信号能量而产生一实际增益，其步骤包含将该信号能量与一预设的杂讯层比较；若该信号能量大于该杂讯层，则该信号能量处理装置产生一第一增益及一第一时间常数；通过一滤波器处理该第一增益，进而得致该实际增益；若该信号能量不大于该杂讯层，则该信号能量处理装置输出一第二增益及一第二时间常数；以及通过该滤波器处理该第二增益，进而得致该实际增益。
根据上述构想，其中该信号能量处理装置是包含一比较器与一除法器。
根据上述构想，其中该第一增益是为一预设的基准层除以该信号能量所得的值。
根据上述构想，其中该滤波器是为一低通滤波器。
根据上述构想，其中该滤波器是使用两个移位暂存器。
根据上述构想，其中该第二增益是为一不大于1的预设值。
根据本发明又一方面提供一种自动增益控制器，其包含一第一多路转换器，用以接收一输入信号与一增益并产生一第一输出；一第二多路转换器，用以接收一信号时间常数与一增益时间常数并产生一第二输出；一滤波器，电连接于该第一多路转换器与该第二多路转换器，用以相应该第一输出及该第二输出而产生一信号能量或一实际增益；一信号能量处理装置，电连接于该滤波器与该第一多路转换器及该第二多路转换器，用以相应该信号能量而产生该增益及该增益时间常数；以及一乘法器，电连接于该滤波器，用以将该实际增益与该输入信号相乘，以得致一输出信号。
根据上述构想，其中该输入信号是为一音量输入信号。
根据上述构想，其中该第一多路转换器及该第二多路转换器是藉由一信号致能端的准位变化来决定该第一输出及该第二输出。
根据上述构想，当该信号致能端为高准位时，则该第一输出为该输入信号。
根据上述构想，当该信号致能端为低准位时，则该第一输出为该增益。
根据上述构想，当该信号致能端为高准位时，则该第二输出为该信号时间常数。
根据上述构想，当该信号致能端为低准位时，则该第二输出为该增益时间常数。
根据上述构想，滤波器是为一无限脉冲反应滤波器。
根据上述构想，其中该滤波器是使用两个移位暂存器。
根据上述构想，当该第一输出为该输入信号，该第二输出为该信号时间常数时，该滤波器输出该信号能量。
根据上述构想，当该第一输出为该增益，该第二输出为该增益时间常数时，该滤波器输出该实际增益。
根据上述构想，其中该信号能量处理装置是包含一比较器与一除法器。
根据上述构想，其中该信号能量处理装置是将该信号能量与一预设的杂讯层比较，若该信号能量大于该杂讯层，则该信号能量处理装置输出一第一增益及一第一增益时间常数；若该信号能量不大于该杂讯层，则该信号能量处理装置输出一第二增益及一第二增益时间常数。
根据上述构想，其中该自动增益控制器还包含一触发器，电连接于该乘法器，藉由其输出致能端来决定何时输出该输出信号。
根据上述构想，其中该自动增益控制器，其中该触发器是为一D型触发器。
根据本发明再一方面提供一种控制增益的方法，其是通过一自动增益控制器内部的一信号能量处理装置来处理一信号能量，其步骤包含将该信号能量与一预设的杂讯层比较；若该信号能量大于该杂讯层，则该信号能量处理装置产生一第一增益及一第一时间常数；以及若该信号能量不大于该杂讯层，则该信号能量处理装置输出一第二增益及一第二时间常数。
根据上述构想，其中该信号能量处理装置是包含一比较器与一除法器。
根据上述构想，其中该第一增益是为一预设的基准层除以该信号能量所得的值。
根据上述构想，其中该滤波器是为一低通滤波器。
根据上述构想，其中该滤波器是使用两个移位暂存器。
根据上述构想，其中该第二增益是为一不大于1的预设值。
(4)
图1是一般语音传送设备的内部电路方块图。
图2(a)是一般语音传送设备所使用的自动增益控制器处理音量前的信号波形图。
图2(b)是一般语音传送设备所使用的自动增益控制器处理音量后的信号波形图。
图3(a)是以本发明的自动增益控制器处理音量前的信号波形图。
图3(b)是以本发明的自动增益控制器处理音量后的信号波形图。
图4是本发明一较佳实施例的判断流程图。
图5是本发明一较佳实施例的电路方块图。
图6是图5所使用的无限脉冲反应滤波器的架构图。
(5)具体实施方式
请参阅图3(a)及图3(b)，其是以本发明的自动增益控制器处理音量前的信号波形图及处理音量后的信号波形图。由图3(a)及图3(b)可知，该自动增益控制器可设定两个层级(Level)-基准层(Assigned Level)及杂讯层(NoiseLevel)。基准层表示最大预设音量，当音量大于基准层时，该自动增益控制器会将音量缩小。而当音量不大于基准层时，该自动增益控制器则会将音量放大，但不会将音量放大至超过基准层。至于当音量不大于该杂讯层时，音量将被压低，进而达到抑制杂讯的目的，这也是本发明与习知技术不同之处。
请参阅图4，其是本发明一较佳实施例的判断流程图。为了达到抑制杂讯的目的，本发明将一由音量转换而来的信号能量(signal_energy)与该杂讯层进行比较(步骤41)，若该信号能量大于该杂讯层，则产生一第一增益及一第一时间常数(步骤42)，再将该第一增益及该第一时间常数通过一低通滤波器(Low Pass Filter)处理以得致一实际增益(步骤43)；反之，若该信号能量不大于该杂讯层，则产生一第二增益及一第二时间常数(步骤44)，再将该第二增益及该第二时间常数通过该低通滤波器处理以得致一实际增益(步骤45)。其中该低通滤波器是为调节增益之用，让增益不要变化得太快。
上述的该第一增益是为该基准层除以该信号能量所得的值，该第二增益是为一不大于1的预设值，而相关的运算式如下所示(式(1)为信号能量、式(2)为当信号能量大于杂讯层时所求得的实际增益、式(3)为当信号能量不大于杂讯层时所求得的实际增益)signal_energy[n]＝signal_energy[n-1]+|signal|*2_signal_time_const(1)-signal_energy[n-1]*2-signal_tme_constactual_gain[n]＝actual_gain[n-1]+|Gain|*2_AGC_time_const1(2)-actual_gain[n-1]*2-AGC_tme_const1
actual_gain[n]＝actual_gain[n-1]+|Gain|*2_AGC_time_const2(3)-actual_gain[n-1]*2-AGC_tme_const2式(2)及式(3)中选用不同的时间常数(AGC_time_const1及AGC_time_const2)主要是让使用者可以根据系统需求而自行设定，以达到不同的增益收敛速度。
请参阅图5，其是本发明一较佳实施例的电路方块图，该电路方块图的架构是根据图4的判断流程而设计，其包含一第一多路转换器51、一第二多路转换器52、一无限脉冲反应滤波器(Infinite Impulse Response Filter)53、一信号能量处理装置54、一乘法器55、以及一D型触发器56。
一开始时将一连接于该第一多路转换器51及该第二多路转换器52的信号致能设定为高准位状态(″1″)，此时该第一多路转换器51输出一输入信号(第一输出)而该第二多路转换器52输出一信号时间常数(第二输出)，该输入信号及该信号时间常数传送至该无限脉冲反应滤波器53进行运算后产生一信号能量，再将该信号能量传送至该信号能量处理装置54进行处理，其中该信号能量处理装置包含一比较器及一除法器)。系统会预设一杂讯层，若此时该信号能量大于该杂讯层，则该信号能量处理装置54输出该第一增益及该第一增益时间常数，并将该第一增益及该第一增益时间常数回传至该第一多路转换器51及该第二多路转换器52以进行后续的实际增益运算；而若该信号能量不大于该杂讯层，则该信号能量处理装置54输出该第二增益及该第二增益时间常数，并将该第二增益及该第二增益时间常数回传至该第一多路转换器51及该第二多路转换器52以进行后续的实际增益运算。
然后，将该信号致能设定为低准位状态(″0″)，此时该第一多路转换器51输出一增益(第一增益或第二增益)而该第二多路转换器52输出一增益信号时间常数(第一增益时间常数或第二增益时间常数)，该增益及该增益信号时间常数传送至该无限脉冲反应滤波器53进行运算后产生一实际增益，再通过该乘法器55将该实际增益与该输入信号进行相乘，以得致一输出信号。最后将该D型触发器56的输出致能设定为高准位状态(″1″)，以送出该输出信号。
图5中所使用的无限脉冲反应滤波器53是为运算式(1)、(2)、及(3)之用，因为式(1)、(2)、及(3)均为2的次方运算，故可用移位暂存器来执行，该无限脉冲反应滤波器的架构图如图6所示，其包含一第一位移暂存器62、一第二位移暂存器63、一取绝对值运算61、及一加减法运算64。今以式(1)为例，再配合参阅图5，假设该第一输出为该输入信号(signal)，该第二输出为该信号时间常数(signal_time_const)，则A、B、C分别求得如下A＝|singal|*2-signal_time_constB＝signal_energy[n-1]*2-signal_time_constC＝signal_energy[n-1]求出A、B、C之后再进行该加减法运算，即可得致该信号能量(signal_energy)，其结果如下singal_energy[n]＝A-B+C＝signal_energy[n-1]+|signal|*2_signal_time_const-signal_energy[n-1]*2-signal_tme_const根据上述原理，当该第一输出为该增益，而该第二输出为该增益时间常数时，同样可通过该无限脉冲反应滤波器53求得该实际增益。
综上所述，本发明相较于习知技术显有如下优点1.本发明在自动增益控制器的增益判断流程中，加入对杂讯层的判断，于信号能量不大于杂讯层时，提供一个小于1的增益，使其达到抑制杂讯的目的。
2.本发明针对第一增益及第二增益给予不同的增益时间常数，让系统在运作时，能根据需求而有不同的增益收敛速度。
3.在硬件结构上，本发明仅使用了几个简单的电路元件，即可完成自动增益控制器及抑制杂讯的功能，且本发明所使用的无限脉冲反应滤波器中并无乘法器，而是用移位暂存器来取代，大大地简化了硬件的设计及降低制造成本。
经由本发明独特架构而产生的功效，足以有效改善习知技术的缺失，是故具有产业价值，进而达到发展本发明的目的。
权利要求
1.一种自动增益控制器，其包含一第一多路转换器，用以接收一输入信号与一增益并产生一第一输出；一第二多路转换器，用以接收一信号时间常数与一增益时间常数并产生一第二输出；一滤波器，电连接于该第一多路转换器与该第二多路转换器，用以相应该第一输出及该第二输出而产生一信号能量或一实际增益；以及一信号能量处理装置，电连接于该滤波器与该第一多路转换器及该第二多路转换器，用以相应该信号能量而产生该增益及该增益时间常数。
2.如权利要求1所述的自动增益控制器，其特征在于，该输入信号是为一音量输入信号。
3.如权利要求1所述的自动增益控制器，其特征在于，该第一多路转换器及该第二多路转换器是藉由一信号致能端的准位变化来决定该第一输出及该第二输出，其中当该信号致能端为高准位时，则该第一输出为该输入信号；当该信号致能端为低准位时，则该第一输出为该增益；当该信号致能端为高准位时，则该第二输出为该信号时间常数；及/或当该信号致能端为低准位时，则该第二输出为该增益时间常数。
4.如权利要求1所述的自动增益控制器，其特征在于，该滤波器是为一无限脉冲反应滤波器，其中该滤波器是使用两个移位暂存器；当该第一输出为该输入信号，该第二输出为该信号时间常数时，该滤波器输出该信号能量；及/或当该第一输出为该增益，该第二输出为该增益时间常数时，该滤波器输出该实际增益。
5.如权利要求1所述的自动增益控制器，其特征在于该信号能量处理装置包含一比较器与一除法器；及/或该信号能量处理装置是将该信号能量与一预设的杂讯层比较，若该信号能量大于该杂讯层，则该信号能量处理装置输出一第一增益及一第一增益时间常数；若该信号能量不大于该杂讯层，则该信号能量处理装置输出一第二增益及一第二增益时间常数。
6.如权利要求1所述的自动增益控制器其特征在于，还包含一乘法器，电连接于该滤波器，用以将该实际增益与该输入信号相乘，以得致一输出信号；及/或一触发器，电连接于该乘法器，藉由其输出致能端来决定何时输出该输出信号，其中该触发器是为一D型触发器。
7.一种控制增益的方法，其是通过一自动增益控制器内部的一信号能量处理装置来处理一信号能量，并相应该信号能量而产生一实际增益，其步骤包含将该信号能量与一预设的杂讯层比较；若该信号能量大于该杂讯层，则该信号能量处理装置产生一第一增益及一第一时间常数；若该信号能量不大于该杂讯层，则该信号能量处理装置输出一第二增益及一第二时间常数。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于该第一增益是为一预设的基准层除以该信号能量所得的值；及/或该第二增益是为一不大于1的预设值。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括下列步骤通过一滤波器处理该第一增益，进而得致该实际增益；以及通过该滤波器处理该第二增益，进而得致该实际增益。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于该滤波器是为一低通滤波器与使用2个移位暂存器。
全文摘要
本发明有关一种自动增益控制器及其控制方法，该自动增益控制器包含一第一多路转换器，用以接收一输入信号与一增益并产生一第一输出；一第二多路转换器，用以接收一信号时间常数与一增益时间常数并产生一第二输出；一滤波器，电连接于该第一多路转换器与该第二多路转换器，用以相应该第一输出及该第二输出而产生一信号能量或一实际增益；以及一信号能量处理装置，电连接于该滤波器与该第一多路转换器及该第二多路转换器，用以相应该信号能量而产生该增益及该增益时间常数。
文档编号H03G3/00GK1581724SQ03152300
公开日2005年2月16日 申请日期2003年8月5日 优先权日2003年8月5日
发明者陈岳彰 申请人:华邦电子股份有限公司