专利名称：信号电平调节装置、增益值更新方法及程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及信号电平调节装置、增益值更新方法及程序。
背景技术：
在音乐的重放处理中，通常是输入信号以一个根据该信号电平的增益值的增益放大，然后输出放大的信号。例如，在MP3(MPEG音频第三层)播放器中，当连续重放不同音频记录电平的MP3文件时，要执行动态范围控制、自动增益控制等，以便当切换文件时音量不会变化太大。例如，见日本专利申请公开号2003-46353。
同样，在调节信号电平并输出信号的信号电平调节装置中，增益值是根据输入信号的信号电平更新的，但如果增益值快速变化，则重放的音量也会快速变化或出现噪声。因此，要更新增益值使其逐步接近目标增益值。
图11是说明一种传统过程例子的流程图，利用该过程增益值以对应于预定值的步长更新。首先，检测输入信号(xi)的信号电平(S1101)。然后，获得对应于该信号电平的增益值gt(S1102)。注意，函数f是用于从输入信号的信号电平获得输出信号的信号电平的预定函数。
然后，如果当前增益值ga大于目标增益值gt(S1103是)，则用预定值α-(α-＜1)乘ga，或者从ga减去α-，ga以对应于α-的步长递减(S1104)。反之，如果当前增益值ga小于目标增益值gt(S1105是)，则用预定值α+(α+＞1)乘ga，或者使ga加α+，ga以对应于α+的步长递增(S1106)。然后，输入信号以更新后值ga的增益放大并输出(S1107)。
通过如上以对应于预定值(α+，α-)的步长更新增益值ga，增益值ga接近目标增益值gt。
在此，由于ga是以对应于预定值的步长递增或递减的，因此通过增加步长大小，ga收敛到gt的速度可以加快。但是，如图12所示，如果步值大，那么当ga和gt之间的差值变小时，ga会振荡，而不是收敛到gt。如果增益值ga振荡，则会出现输出声音振荡或振动的问题。反之，通过减小步长值，可以防止ga振荡，但ga收敛到gt的速度会变慢，而且在开始以根据输入信号信号电平的增益值的增益调节信号电平之前要花很长一段时间。
发明内容
本发明是鉴于以上问题产生的，其一个目的是提供逐步更新增益值以使增益值高速接近目标增益值而不振荡的信号电平调节装置。
为了实现以上目的，本发明的信号电平调节装置包括以第一增益值的增益放大输入信号并输出放大后的信号的放大器；根据输入信号的信号电平获得第二增益值的增益计算器；及逐步更新第一增益值以使第一增益值以对应于第一增益值和第二增益值之间误差的步长接近第二增益值的增益更新器。
此外，本发明的信号电平调节装置包括以第一增益值的增益放大输入信号并输出放大后的信号的放大器；根据输入信号的信号电平获得第二增益值的增益计算器；及当第一增益值和第二增益值之间的误差大于预定阈值时逐步更新第一增益值以使第一增益值以对应于预定值的步长接近第二增益值，且当误差小于阈值时逐步更新第一增益值以使第一增益值以对应于该误差的步长接近第二增益值的增益更新器。
还有，本发明的信号电平调节装置包括以第一增益值的增益放大输入信号并输出放大后的信号的放大器；根据输入信号的信号电平获得第二增益值的增益计算器；及当第一增益值和第二增益值之间的误差大于预定阈值时逐步更新第一增益值以使第一增益值以对应于预定值和对应于该误差的步长接近第二增益值，且当误差小于阈值时逐步更新第一增益值以使第一增益值以对应于该误差的步长接近第二增益值的增益更新器。
增益更新器可以基于第二增益值获得阈值。
还有，增益更新器可以通过使用最小二乘法获得对应于误差的步长，从而使误差接近零。
该装置可以逐步更新增益值，使增益值高速接近目标增益值而不振荡。
本发明除上述以外的特征和目的将通过参考附图读本说明书的描述变得清楚。
为了更完整地理解本发明及其优点，现在联系附图参考以下描述，其中图1是根据本发明实施方式的信号电平调节装置的方框图；图2是说明输入信号与输出信号的信号电平之间关系例子的图；图3是说明以根据增益值ga与增益值gt之间误差的步长更新增益值ga的处理例子的流程图；图4是显示当增益值ga由图3的处理更新时增益值ga变化例子的图；图5是说明以对应于增益值ga与增益值gt之间的误差或对应于预定值的步长更新增益值ga的处理例子的流程图；图6是显示当增益值ga由图5的处理更新时增益值ga变化例子的图；图7是说明以对应于增益值ga与增益值gt之间的误差和对应于预定值的步长更新增益值ga的处理另一例子的流程图；图8是显示当增益值ga由图7的处理更新时增益值ga变化例子的图；图9是显示当输入信号为正弦波时根据更新增益值的方法模拟增益值ga与增益值gt之间误差变化结果的图；
图10是显示当输入信号为随机噪声时根据更新增益值的方法模拟增益值ga与增益值gt之间误差变化结果的图；图11是说明一种传统过程例子的流程图，利用该过程增益值以对应于预定值的步长更新；及图12是显示当增益值ga由图11的处理更新时增益值ga变化例子的图。
具体实施例方式
通过本说明书中的解释与附图的描述，至少使以下内容清楚。
＝＝信号电平调节装置的配置＝＝图1是根据本发明实施方式的信号电平调节装置的方框图。信号电平调节装置1是改变输入的数字信号的信号电平并输出电平改变后的信号的装置，包括放大器11、增益计算器12和增益更新器13。注意，例如，各部分11至13可以由例如执行存储在ROM(只读存储器)中程序的DSP(数字信号处理器)的处理器实现。
放大器11将输入信号的信号电平放大到该电平的增益值ga(第一增益值)倍并输出放大后的信号。增益计算器12计算对应于输入信号的信号电平的增益值gt(第二增益值)。增益更新器13逐步更新增益值ga，使增益值ga接近目标增益值gt。
图2是说明输入信号与输出信号的信号电平之间关系例子的图。在此，函数f是代表输入信号与输出信号的信号电平之间关系的预定函数。
例如，当输入信号的信号电平是0.5时，输出信号的信号电平f(0.5)等于1.0。因此，gt＝f(0.5)/0.5＝2，因而为了输出根据函数f特征进行电平调节的输入信号，输入信号的信号电平需要放大到该电平的两倍。因此，增益更新器13更新放大器11的增益值ga，使增益值ga接近增益值gt。
＝＝更新增益值的处理(第一部分)＝＝接下来将详细描述由信号电平调节装置1更新增益值ga的处理。图3是说明以对应于增益值ga与增益值gt之间误差的步长更新增益值ga的处理例子的流程图。
首先，增益计算器12检测输入信号的信号电平xi(S301)。注意，在本发明中，检测信号电平xi的方法可以是各种方法中的任何一种，如基于预定时间段上平均值的计算。然后，增益计算器12通过使用等式(1)根据输入信号的信号电平xi获得增益值gt(S302)gt=f(xi)xi---(1)]]>接下来，增益更新器13更新增益值ga，使得通过使用由等式(2)表示的最小二乘法，增益值ga与增益值gt之间的误差接近零(S303)ga=ga-2μ(ga-gt)Σk=1nxik2---(2)]]>在这里，μ是用于确定更新ga的步长的参数；n是通道数；xik是第k条通道的信号电平，例如，在双通道立体声信号的情况下，xik包括xi1(例如，左侧信号)和xi2(例如，右侧信号)。注意，等式(1)中的xi可以是xik中的任何一个或基于多个xik获得的值。
然后，放大器11以更新后的增益值ga的增益放大输入信号并输出放大后的信号(S304)。
同样，通过以对应于增益值ga与增益值gt之间误差的步长更新增益值ga，使增益值ga接近增益值gt，可以使增益值ga与增益值gt之间的误差接近零。
图4是显示当增益值ga由图3的处理更新时增益值ga变化例子的图。如等式(2)所示，当利用最小二乘法更新增益值ga时，更新增益值ga的步长在增益值ga与增益值gt之间误差大的时候大，因此增益值ga接近增益值gt的速度变快。然后，随着误差变小，更新的步长也变小，因而增益值ga与增益值gt之间的误差收敛到零。因此，通过使用最小二乘法更新增益值ga，可以使增益值ga高速接近目标增益值gt而不振荡。
＝＝更新增益值的处理(第二部分)＝＝
图5是说明以对应于增益值ga与增益值gt之间的误差或对应于预定值的步长更新增益值ga的处理例子的流程图。
首先，如图3的处理中，增益计算器12检测输入信号的信号电平并根据输入信号的信号电平获得增益值gt(S501，S502)。
然后，增益更新器13获得大于增益值gt的增益值gmax及小于增益值gt的增益值gmin(S503)。注意，尽管获得gmax和gmin的方法不限于此，但在本实施方式中，gmax是通过用预定值αmax(＞1)乘增益值gt获得的，而gmin是通过用预定值αmin(＜1)乘增益值gt获得的。例如，它们可以通过从增益值gt加减预定值获得，或通过使用以增益值gt作为变量的预定函数获得。
随后，增益更新器13确认增益值ga是否不大于gmax并且不小于gmin(S504)。
如果增益值ga大于gmax或者小于gmin(S504否)，则增益更新器13进一步确认增益值ga是否大于gmax(S505)。如果增益值ga大于gmax(S505是)，则增益更新器13通过用预定值α-(α-＜1)乘增益值ga或从ga减去α-而将ga减小对应于α-的步长(S506)。同样，增益更新器13确认增益值ga是否小于gmin(S507)。如果增益值ga小于gmin(S507是)，则增益更新器13通过用预定值α+(α+＞1)乘增益值ga或将ga加α+而将ga增加对应于α+的步长(S508)。
如果增益值ga小于gmax并大于gmin(S504是)，则增益更新器13根据前面的等式(2)更新增益值ga(S509)。
然后，放大器11以更新后的增益值ga的增益放大输入信号并输出放大后的信号(S510)。
即，当增益值ga与增益值gt之间的误差大于阈值(gmax-gt，或者gt-gmin)时，增益值ga逐步更新，从而以对应于预定值(α+，α-)的步长接近增益值gt，当增益值ga与增益值gt之间的误差小于该阈值时，增益值ga逐步更新，从而通过使用最小二乘法以对应于该误差的步长接近增益值gt。
图6是显示当增益值ga由图5处理更新时增益值ga变化例子的图。如图所示，当增益值ga在gmax到gmin的范围之外时，更新增益值ga，从而以对应于预定值的步长接近增益值gt。相反，当增益值ga在gmax到gmin的范围之内时，更新增益值ga，从而通过使用最小二乘法以对应于该误差的步长接近增益值gt。
因此，当增益值ga在gmax到gmin的范围之外时，增益值ga与增益值gt之间误差小到一定程度之前的速度可以通过将对应于预定值的步长设置为大来变得更快。其后，增益值ga通过利用最小二乘法来更新，因而可以使其接近增益值gt而不振荡。
＝＝更新增益值的处理(第三部分)＝＝图7是说明以对应于增益值ga与增益值gt之间的误差和对应于预定值的步长更新增益值ga的处理另一例子的流程图。
首先，如图3的处理中，增益计算器12检测输入信号的信号电平并根据输入信号的信号电平获得增益值gt(S701，S702)。
然后，如图5的处理中，增益更新器13获得增益值gmax和增益值gmin(S703)。随后，增益更新器13确认增益值ga是否大于gmax(S704)。如果增益值ga大于gmax(S704是)，则增益更新器13通过用预定值α-(α-＜1)乘增益值ga或从ga减去α-将ga减小对应于α-的步长(S705)。同样，增益更新器13确认增益值gt是否小于gmin(S706)。如果增益值ga小于gmin(S706是)，则增益更新器13通过用预定值α+(α+＞1)乘增益值ga或将ga加α+而将ga增加对应于α+的步长(S707)。
此外，不管增益值ga是多少，增益更新器13都根据前面的等式(2)更新增益值ga(S708)。
然后，放大器11以更新后的增益值ga的增益放大输入信号并输出放大后的信号(S709)。
即，当增益值ga与增益值gt之间的误差大于阈值(gmax-gt，或者gt-gmin)时，逐步更新增益值ga，从而以对应于预定值(α+，α-)的步长接近增益值gt，再逐步更新更新后的增益值ga，以便通过使用最小二乘法以对应于该误差的步长接近增益值gt。当增益值ga与增益值gt之间的误差小于该阈值时，逐步更新增益值ga，从而通过只使用最小二乘法接近增益值gt。
图8是显示当增益值ga由图7处理更新时增益值ga变化例子的图。如图所示，当增益值ga在gmax到gmin的范围之外时，增益值ga以对应于预定值的步长更新，进一步更新更新后的增益值ga，从而通过使用最小二乘法以对应于该误差的步长接近增益值gt。相反，当增益值ga在gmax到gmin的范围之内时，更新增益值ga，从而通过只使用最小二乘法接近增益值gt。
因此，当增益值ga在gmax到gmin的范围之外时，增益值ga以对应于预定值的步长，还以对应于误差的步长更新，从而接近增益值gt。因此，误差可以很快减小。在误差变小以后，增益值ga只通过利用最小二乘法来更新，因而可以接近增益值gt而不振荡。
＝＝模拟结果＝＝图9和10是显示根据更新增益值的方法模拟增益值ga与增益值gt之间误差变化结果的图。方法1是图11中所示的传统方法，方法2、3、4分别是图3、5、7中所示根据本发明的方法。图中的横坐标代表采样号，即，时间经过，纵坐标代表由等式(3)给出的增益值ga与增益值gt之间的误差EE＝20.0×log10(|gt-ga|) ...(3)假定以对应于预定值(α+，α-)的步长更新增益值ga是通过从增益值ga加减该预定值执行的。令α+＝α-＝1/128，等式(2)的μ＝1/16。此外，假定图9的输入信号是具有最大信号电平为1的正弦波，图10的输入信号是具有最大信号电平为1的随机噪声。
还假定方法3、4的阈值是-20dB。即，在方法3中，如果误差E大于-20dB，则增益值ga以对应于预定值的步长更新，如果误差E小于-20dB，则增益值ga以对应于误差的步长更新。相反，在方法4中，如果误差E大于-20dB，则增益值ga以对应于预定值的步长，还以对应于误差的步长更新。注意，在图9和10的图中，当|gt-ga|为零时，误差E等于-100dB。
如图9和10所示，利用传统方法1，误差振荡，而不收敛到零。反之，可以看到利用方法2比利用方法1误差收敛得快，而不振荡。还可以看到利用方法3误差收敛到零，而不振荡。而且，可以看到利用方法4比利用方法2误差收敛得快，而不振荡。注意，在方法3中，通过设置预定值(α+，α-)大于1/128，可以使误差比图9和10中收敛得更快。
根据本发明实施方式的信号电平调节装置1已经在上面进行了描述。如上所述，信号电平调节装置1可以逐步更新增益值ga，从而以对应于增益值ga和增益值gt之间误差的步长接近增益值gt。利用这种方式，可以使增益值ga接近增益值gt而不振荡。而且，在这种情况下，当误差大时，更新增益值ga的步长变大，因而增益值ga的收敛可以加速。
可选地，当误差大于预定阈值时，信号电平调节装置1可以逐步更新增益值ga，从而以对应于预定值(α+，α-)的步长接近增益值gt，而当误差变得小于该预定阈值时，以对应于误差的步长更新增益值ga。利用这种方式，可以使增益值ga接近增益值gt而不振荡。而且，在这种情况下，通过增大对应于预定值的步长，增益值ga的收敛可以加速。
可选地，当误差大于预定阈值时，信号电平调节装置1可以逐步更新增益值ga，从而以对应于预定值(α+，α-)的步长，还以对应于误差的步长接近增益值gt，而当误差变得小于该预定阈值时，只以对应于误差的步长更新增益值ga。利用这种方式，可以使增益值ga接近增益值gt而不振荡。而且，在这种情况下，当误差大于预定阈值时，增益值ga以对应于预定值的步长，还以对应于误差的步长更新，从而增益值ga的收敛可以进一步加速。
信号电平调节装置1可以确定利用其比较gmax和gmin误差的预定阈值。即，预定阈值可以基于增益值gt获得。因此，预定阈值可以根据目标增益值gt适当地设置。
此外，信号电平调节装置1可以通过使用最小二乘法获得对应于误差的步长。利用这种方式，可以更新增益值ga使误差接近零。
尽管本发明的优选实施方式已经进行了描述，但提供以上实施方式是为了便于本发明的理解，而不是要限制本发明。应当理解，在不背离本发明主旨与范围的前提下可以在此进行各种改变与变更，而且本发明包括其等价物。
例如，尽管在本实施方式中，对应于误差的步长是通过使用最小二乘法获得的，但不限于此，获得对应于误差的步长的方法可以使用包括递归类型的通用自适应过滤器。
权利要求
1.一种信号电平调节装置，包括放大器，以第一增益值的增益放大输入信号并输出放大后的信号；增益计算器，根据输入信号的信号电平获得第二增益值；及增益更新器，逐步更新第一增益值，使第一增益值以对应于第一增益值和第二增益值之间误差的步长接近第二增益值。
2.如权利要求1所述的信号电平调节装置，其中增益更新器通过使用最小二乘法获得对应于误差的步长，使误差接近零。
3.一种信号电平调节装置，包括放大器，以第一增益值的增益放大输入信号并输出放大后的信号；增益计算器，根据输入信号的信号电平获得第二增益值；及增益更新器，当第一增益值和第二增益值之间的误差大于预定阈值时，逐步更新第一增益值，使第一增益值以对应于预定值的步长接近第二增益值，且当误差小于该阈值时，逐步更新第一增益值，使第一增益值以对应于误差的步长接近第二增益值。
4.如权利要求3所述的信号电平调节装置，其中增益更新器通过使用最小二乘法获得对应于误差的步长，使误差接近零。
5.如权利要求3所述的信号电平调节装置，其中增益更新器基于第二增益值获得阈值。
6.一种信号电平调节装置，包括放大器，以第一增益值的增益放大输入信号并输出放大后的信号；增益计算器，根据输入信号的信号电平获得第二增益值；及增益更新器，当第一增益值和第二增益值之间的误差大于预定阈值时，逐步更新第一增益值，使第一增益值以对应于预定值和对应于误差的步长接近第二增益值，且当误差小于该阈值时，逐步更新第一增益值，使第一增益值以对应于误差的步长接近第二增益值。
7.如权利要求6所述的信号电平调节装置，其中增益更新器通过使用最小二乘法获得对应于误差的步长，使误差接近零。
8.如权利要求6所述的信号电平调节装置，其中增益更新器基于第二增益值获得阈值。
9.一种为以第一增益值的增益放大输入信号并输出放大后的信号的信号电平调节装置更新第一增益值的方法，该方法包括根据输入信号的信号电平获得第二增益值；及逐步更新第一增益值，使第一增益值以对应于第一增益值和第二增益值之间误差的步长接近第二增益值。
10.如权利要求9所述的更新增益值的方法，其中当逐步更新第一增益值时，对应于误差的步长是通过使用最小二乘法获得的，使误差接近零。
11.一种为以第一增益值的增益放大输入信号并输出放大后的信号的信号电平调节装置更新第一增益值的方法，该方法包括根据输入信号的信号电平获得第二增益值；及当第一增益值和第二增益值之间的误差大于预定阈值时，逐步更新第一增益值，使第一增益值以对应于预定值的步长接近第二增益值，且当误差小于该阈值时，逐步更新第一增益值，使第一增益值以对应于误差的步长接近第二增益值。
12.如权利要求11所述的更新增益值的方法，其中当逐步更新第一增益值时，对应于误差的步长是通过使用最小二乘法获得的，使误差接近零。
13.一种为以第一增益值的增益放大输入信号并输出放大后的信号的信号电平调节装置更新第一增益值的方法，该方法包括根据输入信号的信号电平获得第二增益值；及当第一增益值和第二增益值之间的误差大于预定阈值时，逐步更新第一增益值，使第一增益值以对应于预定值和对应于误差的步长接近第二增益值，且当误差小于该阈值时，逐步更新第一增益值，使第一增益值以对应于误差的步长接近第二增益值。
14.如权利要求13所述的更新增益值的方法，其中当以对应于预定值和对应于误差的步长更新第一增益值及当以对应于误差的步长更新第一增益值时，对应于误差的步长是通过使用最小二乘法获得的，使误差接近零。
15.一种包含计算机软件程序的计算机可读介质，该程序使以第一增益值的增益放大输入信号并输出放大后的信号的信号电平调节装置执行根据输入信号的信号电平获得第二增益值的过程；及逐步更新第一增益值，使第一增益值以对应于第一增益值和第二增益值之间误差的步长接近第二增益值的过程。
16.如权利要求15所述的包含计算机软件程序的计算机可读介质，其中逐步更新第一增益值的过程包括通过使用最小二乘法获得对应于误差的步长，使误差接近零。
17.一种包含计算机软件程序的计算机可读介质，该程序使以第一增益值的增益放大输入信号并输出放大后的信号的信号电平调节装置执行根据输入信号的信号电平获得第二增益值的过程；当第一增益值和第二增益值之间的误差大于预定阈值时，逐步更新第一增益值，使第一增益值以对应于预定值的步长接近第二增益值的过程；及当误差小于该阈值时，逐步更新第一增益值，使第一增益值以对应该误差的步长接近第二增益值的过程。
18.如权利要求17所述的包含计算机软件程序的计算机可读介质，其中逐步更新第一增益值的过程包括使用最小二乘法获得对应于误差的步长，使误差接近零。
19.一种包含计算机软件程序的计算机可读介质，该程序使以第一增益值的增益放大输入信号并输出放大后的信号的信号电平调节装置执行根据输入信号的信号电平获得第二增益值的过程；当第一增益值和第二增益值之间的误差大于预定阈值时，逐步更新第一增益值，使第一增益值以对应于预定值和对应于误差的步长接近第二增益值的过程；及当误差小于该阈值时，逐步更新第一增益值，使第一增益值以对应于误差的步长接近第二增益值的过程。
20.如权利要求19所述的包含计算机软件程序的计算机可读介质，其中以对应于预定值和对应于误差的步长更新第一增益值的过程及以对应于误差的步长更新第一增益值的过程各自都包括使用最小二乘法获得对应于误差的步长，使误差接近零。
全文摘要
一种信号电平调节装置，包括以第一增益值的增益放大输入信号并输出放大后的信号的放大器；根据输入信号的信号电平获得第二增益值的增益计算器；及逐步更新第一增益值以使第一增益值以对应于第一增益值和第二增益值之间误差的步长接近第二增益值的增益更新器。
文档编号H03G3/20GK1893263SQ200510127278
公开日2007年1月10日 申请日期2005年12月5日 优先权日2005年7月1日
发明者川野圣史 申请人:三洋电机株式会社