专利名称：配合和弦铃声的自适应振铃装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于各种便携式移动通信终端的来电振铃装置，具体地说，是一种利用音频信号的特征和数字信号处理技术，对于立体声，和弦，类MIDI(Music Instrument Digital Interface乐器数字接口)振铃的功能的自适应调节和效率的改进装置。
本发明的目的就是着手解决便携式移动通信终端振铃的技术问题，而提供一种配合和弦铃声的自适应振铃装置，使既能保证在安静的环境里以柔和悦耳的铃声来提醒来电，凸现个性，又能在嘈杂的环境中智能的达到不易错失来电的目的，同时考虑到便携式移动产品的特征，不盲目造成功率的浪费。
为了确定本发明的技术解决方案首先考察一下各种柔和悦耳的类MIDI振铃方式，它们都采用了口径和输出功率更大的扬声器，这便带来了更大的电流消耗，其输出的乐音在响度和声压上都不逊色于采用Buzzer的传统方式，然而确容易让人产生声音“小”的感觉。这其中牵涉到人耳的听觉心理模型。
在人耳的听觉模型中，人耳本身对听觉有一定的限制门限，就是所谓的静态掩蔽曲线，声音越响(声压电平越大)比声音较轻(声压电平小)更容易掩蔽，低频部分比高频部分易于掩蔽。这样就造成了高频的声音虽然其声压较小，但是容易被感受到，也既有很强的渗透力，就好比洗衣机的蜂鸣器，虽然声音不大，但是隔着很远都可以感受到。同时声音有一个马赫效应，在一个频率上的大声音会造成对邻近频率的较小声音难以感受到，即造成了一个马赫带。对于柔和的类MIDI振铃，为了满足音乐上人耳对中频信息感受丰富的特性，因此，其音乐信息主要集中在中频部分，同时很关键的一点在于其数字音频信息要经过DAC才进入模拟部分放大，而在便携式移动通信终端中，因为成本和体积的原因，其DAC的转换频率一般在3～4KHz左右，因此，相当于一个LPF(低通滤波器)，不能发出很高频率的声音，从而在嘈杂的环境中容易被周围环境的噪声掩盖，即使以较大的功率也产生声音小的错觉。而对于采用Buzzer的传统方式振铃来说，因为PWM不经过DAC，所以能产生更多的高频分量，不容易被周围嘈杂的环境所掩盖，因此不易错失来电。
基于以上分析，本发明提出自适应铃声调节装置的技术方案，利用当前便携式移动通信终端中普遍存在的DSP(数字信号处理器)的富余运算能力，在恰当的时间点对周围环境声音进行采样，为了提高效率，节省运算时间，只需要对很小的时间段采样后，经过高效的时频变换，如SFT(短时富里叶变换)来判断其等效的频谱，从而对当前所处的环境背景噪声强度有一个自定义的等级判定。然后根据所定义的阈值，在环境噪声达到一定程度时自适应的临时跳高和弦音乐的音量；在环境噪声极大的时候直接采用PWM的方式驱动发声体，采用传统的方式来振铃发声，从而避开环境噪声造成的马赫效应。
综上所述，本发明是这样实现的，其包括依次以电路联结的麦克风，模数转换器、主控(微处理器)、数据模转换器、音频放大器和发声体，以及与主控成双向联结的数字信号处理器，该主控设有一乐器数字输出口将乐器数字信号输送数模转换器，特点是；a、该主控还设有一个脉宽调制信号输出口且与音频放大器成可控电路联结，按需向该音频放大器输送脉宽调制信号；b、在该通信终端的非易失性内存中驻留接受主控运控的配合和弦铃声的自适应控制程序，以及c、在该通信终端非易失性内存的程序存储区中预先设定并存储背景噪声阈值表，其接受该自适应控制程序的调用。
所说的发声体是一只扬声器或所说的发声体是一只Buz/Speaker双模扬声器；所说的自适应控制程序由预设定时间间隔或接受基站来电呼叫启动，所说的自适应控制程序包括开启麦克风电路并采样环境背景声、将背景声进行模数转换、由数字信号处理器作频谱分析并计算出当前背景声值、查预设背景噪声阈值表、判定当前背景声值是否落入预设的背景噪声阈值表中，若处于预设阈值表，便选择合适的乐器数字接口和弦振铃音量、并将音乐数据转换成模拟量送入音频放大器后由发声体发音；若当前背景声超出预设阈值表的上边界，则直接采用PWM送音频放大器放大后由发声体发声；该主控还可与无线调制解调模块成双向电路联线，且该无线调制解调模块包含该数字信号处理器。本发明有益效果本发明装置是对优美的立体声和弦MIDI振铃音效的有益补充，其一，克服了柔和振铃在嘈杂环境中容易错失来电的弊端；其二，自适应的调节比已有技术的“情景模式”的设定更为方便和有实效，在讲究“智能化，模糊化”的今天尤现重要；其三，仍然在相对安静的环境中保持了和弦铃声优美动听的特点，凸现个性，而在嘈杂环境中也可以用PWM的方式来发出音乐，使人不至于心烦意乱；其四，在很嘈杂的环境中不是盲目的提高功率，加大响度，以求遮掩噪声，而是另辟蹊径，以PWM的方式来减小功耗，同样达到提醒来电的目的。
图1是本发明的实施例电路原理2是本发明的另一实施例电路原理图。
图3是本发明的程序流程图。
实施例1请参阅图1和图3如图1所示，其安装在手机中，本实施例中的主控3，采用32位内核的ARM7TDMIE核心，数字信号处理器7采用德州仪器公司16位定点的TMS320C54X系列Lead Mega Module内核或模拟器件公司的ADSP21XX内核，这些器件具有较高的灵活度和可定制性；发声体6采用日本三洋公司的微型扬声器S016J06，其额定阻抗80hm，额定输入功率0.2瓦，频率响应平坦范围在1K～8K之间；麦克风1采用日本松下公司的适用于GSM双频手机的WM64-BK型，主要指标为信噪比在58dB左右，拾音灵敏度在F＝1KHz，声压为1Pa时为-45dB左右。音频放大器5采用美国国家半导体公司的LM4862音频放大器，主要指标为峰值差分输出功率0.5瓦，总谐波失真及噪声(THD+N)小于0.55％，功率抑制比PSRR大于50dB。数模转换器4作为一般通用外部设备，集成在手机的ABB(模拟基带芯片)中，分辨力为10bit典型建立时间Tsetting为10μs，输出数字电平为2.2伏。模数转换器2也集成在ABB中，分辨力为10bit，参考电平在1.8伏左右。又在手机的非易失性内存的程序存储区中建立预先设定的背景噪声阈值表，和驻留接受主控3运控的配合和弦铃声的自适用控制程序，其流程如图3所示，背景噪声阈值表此程序调用。整个工作过程为每隔一个确定的时间段，(比如10或20分钟)，或是在手机接收到来电信息的同时，开启MIC(麦克风)电路1，采样环境背景声200～500ms，并通过ADC模数转换器2变成数字量，在MCU(主控3)的控制下，送入DSP(数字信号处理器7)进行频谱分析计算，根据对1～4K附近白噪声谱的分布，来确定当前的值。然后MCU将DSP运算的结果与阈值表进行比较，选择适当的振铃音量。如果计算值在阈值表设定范围内，就通过控制进入DAC(数模转换器4)前的数值来控制MIDI和弦振铃的音量，相当于自动套用情景模式，这个时候的音乐数值通过DAC，再经过音频放大器5和扬声器6放出；如果计算值超出了最大的阈值，MCU就不启动调用MIDI和弦数字音乐播放的程序模式，而调用另一段程序，就是PWM脉宽调制，也通过音频放大器5，来驱动扬声器6。主控3中入口33接受ADC的数字信号的输入口，输出口31为向DAC输出MIDI的数字信号输出口，口32为向音频放大器5输出PWM信号的出口。
实施例2请参阅图2和图3，其应用于PDA上，无线PDA中的自适应振铃装置本质上和手机中的一致，如图2所示，区别在于器件的选择不同，其MCU一般都是选基于ARM9内核的RISC处理器，或者Intel公司的StrongARM，或者Motoroal公司的Dragon Ball(龙珠)系列处理器。由于无线PDA基于无线调制解调模块的技术特点，其中不一定提供可自由定制DSP算法的可能，所以原来由DSP完成的频谱分析和时频变换计算工作将视具体情况完全或部分地由MCU来完成，这时就需要修改软件，简化分析算法，减小MCU的计算负担，在这种情况下，框图调整如图2所示。数字信号处理器7被包含在无线调制解调模块9中。
在PDA的非易失性内存中所驻留的自适应控制程序的工作流程与预设定背景噪声阈值表基本与实施例l的相同。
参阅图3，事先在生产时将预先设计时生成的阈值表作为程序文件中的常量段存储在硬件的非易失性存储器(如Flash，E2PROM等)的程序存储区中。在整个无线终端系统工作时，提供两种触发重新运算当前背景噪声值的可能，其一是步骤201系统的RTC(实时时钟)离前一次运算Na值(当前背景噪声归一化值)经过了15分钟(这个时间间隔是可以由设计者指定的，此处以15分钟为例)，或是其二，步骤202接受到基站传来的对方呼叫，此时系统都会产生中断如步骤20所示，并由专门的Voice Band Codec中ADC采样电路来刷新当前系统中存放的背景噪声值，如步骤21、22、23所示。在步骤21中，正式由软件控制将MIC所连接的ADC所采样到的在一段时间内的背景噪声值(时间长度可以在具体设计时实验拟定，此处以350ms为例)读入系统RAM(随机访问存储器)，如步骤21、22所示。在步骤22中主要是完成MIC采样的模拟音频到数字音频的转换，例如通常的8KHz为速率来采样，并完成数模转换。然后将转换成的数字量通过DSP的语音接口和存储器接口送入DSP的内部DARAM中，运行由软件控制的T-F时频变换程序段，达到频谱分析的目的，从而产生一个当前噪声的值，如步骤23所示。然后将值存入随机存储器，并通过存储器接口送入主控MCU.由主控MCU来查在内存中设置好的阈值表，如步骤24、25所示，如果发现在阈值表范围内有这个值，就依照步骤26、27，在MCU中选择合适的类MIDI振铃音量值，这个值就是程控音频输出DAC的增益值，由此来调节音量。然后将音频数据通过DAC转化成模拟量输出。如果步骤23中产生的值超出了阈值表的上界(阈值表的特性决定了它是没有下界的)，那么就一定要用PWM式发声原理才能达到在嘈杂环境中提醒来电的作用，因此就要如步骤28所示，由硬件驱动打开PWM端口，将原先存储好的振铃信息采用脉宽调制的方式产生，籍以得到超出环境背景噪声谱掩盖之外的音频信号，提醒来电。这两种方式都要通过音频放大器来增大输出功率，如步骤29所示，同时为了保证发声电路在阻抗上的匹配性，所采用的发声设备最好是采用如前所推荐的Buz/Speaker双模扬声器，如步骤30所示。
权利要求
1.一种配合和弦铃声的自适应振铃装置，用于便携式移动通信终端，其包括依次以电路联结的麦克风(1)、模数转换器(2)、主控(3)、数模转换器(4)、音频放大器(5)和发声体(6)，以及与主控(3)成双向电路联结的数字信号处理器(7)，该主控(3)有一乐器数字输出口(31)将乐器数字信号输送至数模转换器(4)，特征在于，a、该主控(3)还设有一个脉宽调制信号输出口(32)且与音频放大器(5)成可控电路联结，按需向该音频放大器(5)输送脉宽调制信号；b、在该通信终端的非易失性内存中驻留接受主控(3)运控的配合和弦铃声的自适应控制程序，以及c、在该通信终端非易失性内存的程序存储区中预先设定并存储背景噪声阈值表，其接受该自适应控制程序的调用。
2.根据权利要求1所述的配合和弦铃声的自适应振铃装置，其特征在于，所说的发声体(6)是一只扬声器。
3.根据权利要求1所述的配合和弦铃声的自适应振铃装置，其特征在于，所说的发声体(6)是一只Buz/Speaker双模扬声器。
4.根据权利要求1所述的配合和弦铃声的自适应振铃装置，其特征在于，所说的自适应控制程序由预设定时间间隔或接受基站来电呼叫启动。
5.根据权利要求1或4所述的配合和弦铃声的自适应振铃装置，其特征在于，所说的自适应控制程序包括开启麦克风电路并采样环境背景声、将背景声进行模数转换、由数字信号处理器作频谱分析并计算出当前背景声值、查预设背景噪声阈值表、判定当前背景声值是否落入预设的背景噪声阈值表中，若处于预设阈值表，便选择合适的乐器数字接口和弦振铃音量、并将音乐数据转换成模拟量送入音频放大器后由发声体发音；若当前背景声超出预设阈值表的上边界，则直接采用PWM送音频放大器放大后由发声体发声。
6.根据权利要求1所述的配合和弦铃声的自适应振铃装置，其特征在于，该主控(3)还可与无线调制解调模块(9)成双向电路联线，且该无线调制解调模块(9)包含该数字信号处理器(7)。
全文摘要
一种配合和弦铃声的自适应振铃装置，用于便携式移动通信终端，其包括依次以电路联结的麦克风、模数转换器、主控、数模转换器、音频放大器和发声体，以及与主控成双向电路联结的数字信号处理器，该主控有一乐器数字输出口将乐器数字信号输送至数模转换器，特点是，a、该主控还设有一个脉宽调制信号输出口且与音频放大器成可控电路联结，按需向该音频放大器输送脉宽调制信号；b、在该通信终端的非易失性内存中驻留接受主控运控的配合和弦铃声的自适应控制程序，以及c、在该通信终端非易失性内存的程序存储区中预先设定并存储背景噪声阈值表，其接受该自适应控制程序的调用。本发明既能仍具柔和振铃、凸现个性，又有克服在嘈杂环境中易错失来电并无须提高功耗的优点。
文档编号H04M1/57GK1446013SQ0211104
公开日2003年10月1日 申请日期2002年3月14日 优先权日2002年3月14日
发明者刘伟 申请人:联想(北京)有限公司