专利名称：能量侦测的装置与方法
技术领域：
本发明是有关于一种能量侦测的装置与方法或，且特别是有关于一种无时间延迟的能量侦测的装置与方法。
背景技术：
数字信号为现代各式多媒体的数据处理中的重要角色，其一的应用为属于一维信号的数字音讯。而声音信号与数字信号处理的结合，为通信领域中不可或缺的立基。
对声音信号资料而言，资料量通常大且连续并包含了许多错误的噪声信号和干扰，为能有效地撷取正确的信号，就必需对信号正确与否进行判断。传统上是透过侦测信号能量的强弱，来决定是否进行信号的撷取。简单说，当某一时间点所侦测到的能量高于一个预先设定的能量门槛值(energy threshold)，便认定下一时间点的信号能予以撷取而利用；反之，若低于此能量门槛值，则认定下一时间点的信号为噪声信号，不予撷取。而能量的侦测即以初始的输入信号，经取样器取得输入的模拟讯号(analogsignal)，经离散和转为数字信号(digital signal)等步骤，再以取得的多个样本计算出某一时间间隔的能量平均值，作为能量侦测时的能量大小的辨认依据。以下简要说明习知中能量侦测的方法。
图1A、1B、1C分别绘示习知中能量侦测方法中的输入讯号样本取样示意图、能量侦测结果的输出波形示意图、以及依据能量侦测结果来撷取或处理讯号样本的输出示意图。
请分别参考图1A、图1B、以及图1C。图1A为输入讯号样本取样示意图，其依次取样多个输入讯号样本值并取为绝对值而成。一般能量侦测的方法中，为有效和适当地估算及侦测能量值，会定义一个侦测窗口(window detetion)用以决定能量侦测时计算的标准，即定义取样时间长和取样个数作为能量侦测的依据。例如图1A所示的侦测窗口为8个取样个数时间长，图1A中绘示了依据此侦测窗口大小的第n时间区块以及第n+1时间区块中的样本取样示意图。
图1B为能量侦测结果的输出波形示意图，此能量侦测的进行是利用一个内存记存一个时间区块中的输入讯号取样资料，利用这些资料经计算求得能量值后，再依据此求得的能量值，来决定是否处理或撷取输出这些储存在内存内的取样资料。再参考图1C的依据能量侦测结果来撷取讯号样本的输出示意图。从图1A至1C中可以清处看出过程中，于第n时间区块时，样本取样的动作仍依序进行着(见图1A的第n时间区块)，然而能量侦测结果的输出及依据能量侦测结果来输出的样本却都是第n-1时间区块时的数值。简言之，任一个时间区块的能量侦测，是以其前一时间区块时内存所记存的值为依据。
目前能量的侦测反而要以先前时间收集的样本作为依据，使能量的侦测时间延迟，无法有效反应能量的实时侦测，并且要负担用以记存资料的内存的成本。因此，此能量的侦测的缺失包括了能量侦测的时间迟滞以及内存成本等。
图2A、2B、2C分别绘示习知中另一种能量侦测方法中的输入讯号样本取样示意图、能量侦测结果的输出波形示意图、以及依据能量侦测结果来撷取或处理讯号样本的输出示意图。请分别参考图2A、图2B、以及图2C。图2A与前述的图1A相同，亦为能量侦测的输入讯号样本取样示意图，其依次取样多个输入讯号样本值并取为绝对值而成。
图2B为此能量侦测结果的输出波形示意图，与前述方法中采用了内存的作法不同，此方法并未将输入讯号取样资料储存起来，而改采一个似于数字信号处理的硬件来进行累加和计算以求得上一个时间区块能量值，依据求得的能量值，来决定是否处理或撷取目前正在取样的取样资料。最后，从图2A至2C中可以看出，虽然此硬件的使用可以让取样资料的数值输入后便立刻输出之，即输入第n时间区块的数值后便立即进行输出(见图1C的输出示意图)，却仍然是使用第n-1时间区块的能量侦测结果。因此，此能量侦测的方法造成能量侦测的结果与输出取样资料在时间上的延迟。
综上所述，传统的能量侦测的方法，一方面由于必须再外加以用来记存输入资料的内存的成本，一方面在侦测能量时因无法实时动态地计算并输出，而造成输出时间延迟的缺点，因而无法满足目前对于能量侦测的应用的快速与准确的能量侦测需求。
因此，本发明提出一种的能量侦测的装置与方法，除了无需内存而节省传统中所需内存的成本外，更提供无时间延迟的能量侦测，并具有实时的动态能量侦测。
发明内容
本发明的目的就是在提供一种能量侦测的装置，该能量侦测的装置能用以进行能量侦测的计算，无需传统能量侦测的装置所需的外加内存而降低成本，并能进行无时间延迟的能量侦测。
本发明的再一目的是提供一种能量侦测的方法，该能量侦测的方法利用将输出的一能量侦测值减去一先前的取样平均值再加上一取样绝对值后，即能获得新的能量侦测值，可以有效解决传统的能量侦测的方法中只能使用先前旧值造成时间延迟的缺失。
本发明的再一目的是提供一种能量侦测的方法，该能量侦测的方法利用将输出的一能量侦测值减去一前取样平均值并加上一取样绝对值后来获得周期T1的时脉讯号的下一周期能量侦测值，此外，利用另一个周期T2的时脉讯号来计算此取样平均值以提供此方法使用，因此亦能够解决传统的能量侦测的方法的时间延迟，并且取样平均值的计算更具代表性。
本发明提出一种能量侦测的装置，此装置包括了一绝对值取值器、一第一加法器、一第一正反器、一第二加法器以及一演算单元。此绝对值取值器依序接收多数个取样值，并对输入的这些取样值取绝对值后输出之。此第一加法器耦接至绝对值取值器，其将绝对值取值器的输出加上一第一中间计算值而输出之。而第一正反器耦接至第一加法器，其依据一第一时脉讯号，输出上述第一加法器的输出，以获得一能量侦测值，其中，第一时脉讯号的周期为T1。第二加法器耦接至第一正反器及第一加法器，其将能量侦测值减去一取样平均值，而输出第一中间计算值。演算单元耦接至绝对值取值器及第二加法器，其依据第二时脉讯号，计算在第二时脉讯号的任一周期内，所有绝对值取值器的输出的平均值，以输出前述取样平均值，其中，第二时脉讯号的周期为T2，且T2＝T1*k，k为自然数。
本发明提出一种能量侦测的方法，此方法首先依据一时脉讯号，依序输入一取样值P(t)，此时脉讯号的周期为T，接着，对输入的该取样值P(t)取绝对值后，输出一取样绝对值|P(t)|，此时，计算从时间t-k*T至时间t-T内，所有该些取样绝对值的总和Sum(|P(t-i*T)|)并除以k后，输出一前取样平均值，其中k为自然数，i为1到k，最后，将一能量侦测值减去上述前取样平均值并加上取样绝对值|P(t)|后，以获得时脉讯号的下一周期的能量侦测值。
本发明提出再一种能量侦测的方法，此方法先依序读入多数个取样值，并对输入的这些取样值取绝对值后，输出多数个取样绝对值，此时，依据一第一时脉讯号，将一能量侦测值减去一取样平均值并加上目前的前述取样绝对值后，以获得第一时脉讯号的下一周期的能量侦测值，此第一时脉讯号的周期为T1，同时，依据一第二时脉讯号，计算在目前的第二时脉讯号的上一周期内，所有这些取样绝对值的总和并平均后，以输出上述取样平均值，此第二时脉讯号的周期为T2，且T2＝T1*k，k为自然数。
综上所述，本发明的能量侦测的装置与方法，利用将输出的能量侦测值减去一个先前的取样平均值再加上一个取样绝对值后，即能获得新的能量侦测值。本发明的能量侦测的装置与方法不仅无需使用内存而节省成本外，更提供具实时动态和无时间延迟的能量侦测。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
图1A绘示一种传统能量侦测的方法的输入讯号样本取样示意图；图1B绘示一种传统能量侦测的方法的能量侦测结果的输出波形示意图；图1C绘示一种传统能量侦测的方法的依据能量侦测结果来撷取或处理讯号样本的输出示意图；图2A绘示另一种传统能量侦测的方法的输入讯号样本取样示意图；图2B绘示另一种传统能量侦测的方法的能量侦测结果的输出波形示意图；图2C绘示另一种传统能量侦测的方法的依据能量侦测结果来撷取或处理讯号样本的输出示意图；图3A和图3B为电路方块图，分别绘示了依据本发明的实施例的一个能量侦测的装置；图4为一流程方块图，绘示本发明的一能量侦测的方法；图5为一流程方块图，绘示依据本发明的另一能量侦测的方法。
具体实施例方式
图3A和图3B为电路方块图，分别绘示了依据本发明的实施例的一个能量侦测的装置，以及此装置中的一个演算单元并于后详述之。参考图3A，此能量侦测的装置300包括了一个绝对值取值器301、一个第一加法器302、第一正反器303、一个第二加法器304和一个演算单元305。
首先，能量侦测的装置300中的绝对值取值器301会依序接收进来多个取样值，并对这些取样值取绝对值后，得到取样绝对值，再将取样绝对值输出至一个与绝对值取值器301电性连接的第一加法器302。此第一加法器302用来接收取样绝对值，并加上第二加法器304的输出，而第二加法器304的输出是将第一正反器303的输出减去演算单元305所计算输出的数值，第一加法器302将加总的结果输出到第一正反器303。最后，第一正反器303依据一个周期T1的时脉讯号，输出第一加法器302的输出，此输出值即为此能量侦测的装置300的能量侦测值。
其中，此第二加法器是用以将先前第一正反器303所输出的能量侦测值，来减去由演算单元305所计算而得的取样平均值，再将获得的值回授给第一加法器302。此一回授给第一加法器的数值，已经将目前装置300输出的能量侦测值减去先前时间的样本平均值，此数值传至第一加法器并加上之后输入的取样绝对值，如此一来便能提供能量侦测的装置300的下一周期能量侦测值。因此，装置300输出的能量侦测值，不但仍立刻计入新的样本绝对值、目前输出的能量侦测值、和考虑入先前样本平均的值，因而能够提供无时间延迟且实时输出下一周期的新能量侦测值。
接着，详细说明上述的本发明实施例中，用以计算取样平均值的演算单元305。图3B为一电路方块图，绘示图3A中的本发明实施例的演算单元305。演算单元305包括了一个第三加法器306、一个多任务器307、一个第二正反器308、一个第三正反器309、以及一个除法器310。
图3B中，演算单元305以一个电性连接至绝对值取值器301(见图3A)的，来依次接收多个取样绝对值。之后，第三加法器306将取样绝对值输出到与其电性连接的一个多任务器307。此多任务器307是用以依据一个周期T2的时脉讯号，将第三加法器306的取样绝对值与一零值二者择一输出，其作用是为当周期T2结束时，便会重置(reset)数值以再重新计算下一周期的数值。再将多任务器307连接至一个第二正反器308。其中，T2＝T1*k，k为自然数。
在时脉讯号的周期T2内，每一次周期T1的时脉(clock)触发后，第二正反器308将其输入端的数值送至第三加法器306，第三加法器306将新的取样绝对值加上第二正反器308送出的数值，再经多任务器307将加总后的数值送给第二正反器308，因此，数值便如此依次累加于第二正反器308中。当周期T2结束时，第二正反器308便会输出一个累加值，由第三正反器309暂存，与此同时，多任务器307取入零值(reset，数值归零)。
接着，与第二正反器308电性连接的，便会将上述的累加值，输出到与其电性连接的一个除法器310，执行累加值的除法，例如除法值为自然数k。要注意的是其中的第三正反器309也接受周期T2的时脉控制。
在本发明的一实施例中，上述之除法器310可为一个移位缓存器，例如为一6位(6bit)的移位缓存器，用以提供一除法值64。
最后，演算单元305以除法器310中执行累加值除法完后的数值予以输出，而此数值即为用以输出给图3A中第二加法器304的取样平均值。
图4为一流程方块图，是依据本发明的一种能量侦测的方法。请参考图4。首先，分别在步骤S401和S402中，依据一个周期为T的时脉讯号依序读取一个取样值P(t)，并将取样值P(t)取为绝对值后，获得一个取样绝对值|P(t)|，再输出至下一步骤。在步骤S403中，会进行一个前取样平均值的计算。计算的方式是将从时间t-k*T至时间t-T内，所有取样绝对值累加得到一个总和值Sum(|P(t-i*T)|)，再除以k后，便获得所要的前取样平均值。而k为自然数，i为1到k。最后，步骤S404中，便将一个能量侦测值减去由步骤S403求得的前取样平均值，并加上取样绝对值|P(t)|后，便获得了时脉讯号的下一周期的能量侦测值。
图5为一流程方块图，是依据本发明的另一种能量侦测的方法。请参考图5。首先，分别在步骤S501和步骤S502中，依序读入多个取样值，以及对这些输入的多个取样值取成绝对值后再输出。接着，步骤S503会依据一个周期T1的时脉讯号，来计算出下一周期的能量侦测值。此部份的计算是将一个能量侦测值减去一个取样平均值并加上目前的取样绝对值后，来获得所要的此周期T1时脉讯号的下一周期能量侦测值。
此时，步骤S503中计算出的下一周期能量侦测值一方面会输出供步骤S504计算使用；一方面并输出至步骤S505，以完成依本发明的一能量侦测的方法的结果。而步骤S504中，则是依据另一个周期T2的时脉讯号，计算在目前时脉讯号的上一周期内，所有多个取样绝对值的总和并平均后输出一个取样平均值，便如上所述提供给步骤S503。要注意的是，此发明的能量侦测的方法中，T2＝T1*k，k为自然数。
综上所述，本发明的能量侦测的装置与方法，用以提供做能量侦测值的计算，因此无需外加内存而降低成本，并能进行无时间延迟的能量侦测。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，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，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。
权利要求
1.一种能量侦测的装置，包括一绝对值取值器，依序接收多数个取样值，并对输入的该些取样值取绝对值后输出之；一第一加法器，耦接至该绝对值取值器，用以将该绝对值取值器的输出加上一第一中间计算值而输出之；一第一正反器，耦接至该第一加法器，用以依据一第一时脉讯号，输出该第一加法器的输出，以获得一能量侦测值，该第一时脉讯号的周期为T1；一第二加法器，耦接至该第一正反器及该第一加法器，用以将该能量侦测值减去一取样平均值，而输出该第一中间计算值；以及一演算单元，耦接至该绝对值取值器及该第二加法器，用以依据一第二时脉讯号，计算在该第二时脉讯号的任一周期内，所有该绝对值取值器的输出的平均值，以输出该取样平均值，该第二时脉讯号的周期为T2，且T2＝T1*k，k为自然数。
2.如权利要求1所述的能量侦测的装置，其中该演算单元包括一第三加法器，耦接至该绝对值取值器，用以将该绝对值取值器的输出加上一第二中间计算值而输出之；一多任务器，耦接至该第三加法器，用以依据该第二时脉讯号，将该第三加法器的输出与一零值二者择一输出；一第二正反器，耦接至该多任务器，用以依据该第一时脉讯号，输出该多任务器的输出，以获得一第三中间计算值；一第三正反器，耦接至该第二正反器，用以依据该第二时脉讯号，输出该第三中间计算值，以获得一总和值；以及一除法器，耦接至该第三正反器，用以将该总和值除以k，而输出该取样平均值。
3.如权利要求1所述的能量侦测的装置，其中该演算单元的该除法器为一移位缓存器。
4.一种能量侦测的方法，包括依据一时脉讯号，依序输入一取样值P(t)，该时脉讯号的周期为T；对输入的该取样值P(t)取绝对值后，输出一取样绝对值|P(t)|；计算从时间t-k*T至时间t-T内，所有该些取样绝对值的总和Sum(|P(t-i*T)|)并除以k后，输出一前取样平均值，其中k为自然数，i为1到k；以及将一能量侦测值减去该前取样平均值并加上该取样绝对值|P(t)|后，以获得该时脉讯号的下一周期的该能量侦测值。
5.一种能量侦测的方法，包括依序读入多数个取样值，并对输入的该些取样值取绝对值后，输出多数个取样绝对值；依据一第一时脉讯号，将一能量侦测值减去一取样平均值并加上目前的该取样绝对值后，以获得该第一时脉讯号的下一周期的该能量侦测值，该第一时脉讯号的周期为T1；以及依据一第二时脉讯号，计算在目前的该第二时脉讯号的上一周期内，所有该些取样绝对值的总和并平均后，以输出该取样平均值，该第二时脉讯号的周期为T2，且T2＝T1*k，k为自然数。
全文摘要
本发明提出一种能量侦测的装置与方法。本发明的能量侦测的装置与方法利用将目前输出的能量侦测值减去一个先前的取样平均值再加上一个取样绝对值后，即能获得新的能量侦测值。本发明的能量侦测的装置与方法不仅无需使用内存而节省成本外，更提供具实时的无时间延迟能量侦测。
文档编号G10L21/00GK1862660SQ200510069109
公开日2006年11月15日 申请日期2005年5月10日 优先权日2005年5月10日
发明者林佩莹 申请人:凌阳科技股份有限公司