专利名称：有界信号混合器及其操作方法
技术领域：
本发明涉及混合器，尤其涉及提供有界信号的混合器。
技术背景许多通信系统具有有限动态范围从而优选地提供有界信号。这些 信号被限制到该动态范围内。实际上，由于能导致对各个信号强度需 求的因素的变化，这是难于实现的。在一些应用中，对两个或更多信 号进行组合并且发送。尽管这些信号中的每个可以在该动态范围内， 但是该组合可以不在该动态范围内。当需要对源信号进行放大以实现 目标信噪比时，另一种应用出现。在提供必需放大以后，放大的结果 信号可以在动态范围之外。当进行实际发送时，大多数方案导致信号 的一些截断。发送信道自身强制该截断并且在接收端导致失真。在发 送语音的情况下，这种截断一般会导致非常令人不悦的声音以及经常 性的清晰度显著下降。在发送图像或视频的情况下，截断会导致保真 度和过度感光的损失。其它方案需要额外的支持电路并且仍然能够导致信息损失。例如，尽管能够将两个信号进行组合以形成16比特数 字信号，但是由于发送信道的有限动态范围，从而这两个信号作为有 界信号以减少数目的比特进行发送。这需要进行组合附加电路并且在 被限制到发送信道的动态范围以后导致数据损失。因此，需要一种可以避免上述一个或多个问题的用于提供有界信 号的电路技术。
通过对照下面附图对本发明的优选实施例进行下面详细描述，本 领域技术人员能够清楚明白本发明的以上和另外更多特定目的和优点，这些附图如下图l是根据一个实施例的混合核的电路图；图2是根据另一个实施例的混合核的电路图；图3是使用图l或图2中的混合核的混合器的电路图；以及图4是使用图l或图2中的混合核的混合器的电路图。
具体实施方式
在一个方面中，混合器核将自身有界的两个信号进行组合，从而 得到的组合信号也是有界的。确保该获得的组合信号的幅值不会大于 进行组合的输入信号的最大幅值。对于全部动态范围这种方案将输入 信号标准化为正l和负1，从而进行混合的信号幅值各自具有小于或 等于1的绝对值。该结果是该组合信号的特征压缩到该动态范围内。 获得的组合信号的声音对于听众来讲更加愉悦同时具有更高清晰度。 通过参照附图和下面描述能够对其进行更好理解。如图1所示，混合核10包括加法器12、乘法器14、加法器 16、加法器18、丢弃负值电路20、丢弃负值电路22以及加法器24。 加法器12、 16、 18和24以及乘法器14示出为独立元件，并且可以 以那种方式实现，或者作为在软件控制下使用期望功能的各种电路元 件的处理系统的一部分实现。加法器12具有用于接收信号XI的相加 输入、用于接收信号X2的相加输入、以及输出。乘法器14具有用于 接收信号XI的输入、用于接收信号X2的输入、以及输出。加法器 16具有耦合到加法器12的输出的相加输入、耦合到乘法器14的输出 的相减输入、以及输出。加法器18具有耦合到加法器12的输出的相 减输入、耦合到乘法器14的输出的相减输入、以及输出。丢弃负值 电路20具有耦合到加法器16的输出的输入并且具有输出。丢弃负值 电路22具有耦合到加法器18的输出的输入并且具有输出。加法器24 具有耦合到丟弃负值电路20的输出的相加输入、耦合到丢弃负值电 路20的输出的相减输入、以及提供混合信号M的输出。在任何时刻， 信号XI和X2是诸如语音信号的时变信号采样，并且是已经进行规格化从而它们的最大绝对值是l的数字信号。小于1的任何绝对值由 正l和负l之间的分数值进行表示。正l和负l也表示可用于发送混合信号M的动态范围。在操作中，加法器12在其输出提供中间结果X1+X2; Xl+X2乘法器14在其输出提供中间结果X1乘X2; X1X2加法器16由此在其输出提供中间结果XI加X2减XI乘X2; X1+X2-X1X2加法器18在其输出提供中间结果减XI减X2减XI乘X2; -X1-X2-X1X2如果加法器16的输出为正，则丢弃负值电路20将加法器16的 输出耦合到相加输入24，否则丢弃负值电路20将零耦合到相加输入 24。相似地，如果加法器18的输出是正的，则丢弃负值电路22将加 法器18的输出耦合到加法器24的相减输入，否则丢弃负值电路22 将零值耦合到加法器24。这可以认为是将该输入与阶梯函数进行相 乘。因此，丢弃负值电路20和22各自包括阶梯函数电路。例如，如 果X1是1并且X2是负1，则加法器16的输出是1-1+1)1=1，是正 的，并且耦合到加法器24的相加输入；另外加法器18的输出是 -(-l)-l-(-l)l-l，是正的，并且耦合到加法器44的相减输入。当加法 器24的相加输入和相减输入都是正1时，加法器44提供零作为输出。 这与相加为零的分别为正1和负1的输入XI和X2 —致。对于不同的例子，假定XI是-0.5并且X2是0.8，则加法器16 的输出是0.5+0.8-(-0.4)=0.3+0.4=0.7 ，并且加法器18的输出是 -(-0.5)-0.8-(-0.4)=-0.3+0.4=0.1。加法器24然后提供等于0.6的0.7-0.1 的输出。对于XI和X2的和超过1的例子，XI是负0.8并且X2是-0.5。 这是负1.3的简单和。使用混合核10,加法器16的输出是 -0.8-0.5-(-0.5)(-0.8)=-1.7并且加法器18 的输出是-(-0.8)-(-0.5)-(-0.8)(-0.5)=0.9。由于由加法器16提供的值是负的，所 以它被丢弃。加法器24然后在其相加输入接收到零而在其相减输入 接收到0.9从而提供-0.9作为信号M的值。于是能够看出，即使X1 和X2的直和的绝对值大于1，产生为进行发送的信号M的值也在进 行发送的动态范围内。注意效果是该信号被压缩得靠近截断范围。如图2所示，混合核30包括加法器32、乘法器34、加法器 36、加法器38、丢弃正值电路40、丟弃正值电路42、以及加法器44。 混合核30是混合信号XI和X2以及提供信号M的混合核10的另一 种方式。加法器32具有用于接收信号XI的相加输入、接收信号X2 的相加输入、以及输出。乘法器34具有接收信号X1的输入、接收信 号X2的输入、以及输出。加法器36具有耦合到加法器32的输出的 相加输入、耦合到乘法器34的输出的相加输入、以及输出。加法器 38具有耦合到加法器32的输出的相减输入、耦合到乘法器34的输出 的相加输入、以及输出。丢弃正值电路40具有耦合到加法器36的输 出的输入并且具有输出。丢弃正值电路42具有耦合到加法器38的输 出的输入并且具有输出。加法器44具有耦合到丢弃正值电路40的输 出的相加输入、耦合到丢弃正值电路42的输出的相减输入、以及提 供混合信号M的输出。在操作中，加法器32在其输出提供中间结果X1加X2;Xl+X2乘法器34在其输出提供中间结果XI乘X2; X1X2加法器36由此在其输出提供中间结果XI加X2加XI乘X2; X1+X2+X1X2加法器38在其输出提供中间结果减XI加X2加XI乘X2。 -X1-X2+X1X2丢弃正值电路40和42与丢弃负值电路20和22相似地进行操作。 如果加法器36的输出是负的，则丟弃正值电路40将加法器36的输 出耦合到相加输入44，否则将零耦合到加法器44。相似地，如果加9法器38的输出是负的，则丢弃正值电路42将加法器38的输出耦合 到加法器44的相减输入，否则将零耦合到加法器44。这能够认为是 将该输入与相减输入的阶梯函数进行相乘。因此，丢弃正值电路40 和42各自包括阶梯函数电路。例如，如果X1是正1并且X2是负1， 则加法器36的输出是1-1+(-1)1=-1，这是负的并且耦合到加法器44 的相加输入；另外加法器38的输出是-(-1)+(-1)1=-1,这是负的并且耦 合到加法器44的相减输入。当加法器24的相加输入和相减输入都是 负1时，加法器44提供零作为输出。这与相加为零的分别为正1和 负1的输入X1和X2—致。对于XI和X2的和超过1的例子，XI是-0.8并且X2是-0.5。这 是为负1.3的简单和。使用混合核30，加法器36的输出是 -0.8-0.5+(-0.5)(-0.8)=-0.9 ， 并且加法器 38 的输出是 一(-0.8)-(-0.5)+(-0.8)(-0.5)=1.7。由于由加法器38提供的值是正的，所 以它被丢弃。加法器44然后在其相减输入接收零以及在其正输入接 收-0.9从而提供-0.9作为信号M的值。于是对于混合核30能够看出， 即使XI和X2的直和的绝对值大于1，所产生的用于发送的信号M 的值也在发送动态范围内。如图3所示，信号混合器50包括诸如图2中的混合核30的三个 混合核，以及必要时的附加混合核。这示出混合核30或混合核10 的输出能够与另一个信号进行混合，从而根据发送输出信号MN的信 道动态范围而产生有界的另一个混合信号。存在期望混合多于两个信 号的情形。这示出实际上不会限制能够进行混合的信号的数目。当 然，关于多少信号能够实际有利地进行组合，可以存在另外实际限制。 例如，在涉及许多不同远程位置的电话会议中，只有这么多能够同时 进行对话并且这样做是很有利的。另一种替换方式(未示出)为将 信号XI到XN的每一个输入到核混合器，然后该核混合器的输出进 入到另外核混合器的输入。在在其中通过放大所述信号获得特定信噪比的情形下，这是特别有 作用的。噪声水平能够变化并且在一些情形下变得很高。在这种情况 下，计算出的期望信噪比的增益是如此之高从而导致发送超过信道动态范围的信号。例如，为3的增益因子会超过在其上进行发送的信道 的动态范围。如果信号X1被放大3倍，则诸如核混合器10或30的 第一核混合器的输入均会接收到信号XI，第一核混合器会提供输出， 该输出在第二核混合器中与XI进行混合，并且第二核混合器然后提 供用于发送的放大输出。这会确保对发送的信号进行限制以避免超 过信道动态范围以及随后的截断。如果要进行放大的倍数不是简单整 数，诸如3.5,则除了与实现整数倍混合所需的信号进行混合以外， 还可以通过与0.5X1的信号混合一次来实现额外的0.5倍。如图4所示，信号混合器50的一种替换方式包括混合核30、 寄存器62、以及多路复用器64。该多路复用器64具有用于接收信号 XI的第一信号输入、第二信号输入、用于接收控制信号Cl的控制输 入、以及输出。混合核30具有耦合到多路复用器64的输出的输入、 接收信号X(2-N)之一的输入、以及提供输出信号MN的输出。寄存器 62具有耦合到混合核30的输出的信号输入、接收信号C2的控制输 入、以及耦合到多路复用器64的第二信号输入的输出。在操作中， 多路复用器首先将信号XI耦合到混合核30并且接收信号X2以产生 存储在寄存器62中的混合输出。多路复用器64然后将寄存器62的 输出耦合到混合核30，从而混合核30然后将信号X3与寄存器62的 输出进行混合。此时，寄存器62存储了对信号X1、 X2和X3进行混 合的结果。然后，信号X4通过混合核30与寄存器62的输出进行混 合以产生混合的信号作为信号X(l-4)的混合。这将持续直到信号XN 与寄存器62的输出进行混合从而产生信号MN,其中，N是要进行混 合的信号数目。该信号数目不受到混合核30的限制。该限制是基于 另外考虑，诸如关于图3的信号混合器50所进行的描述。另外，信号混合器60能够用于响应于期望增益因子进行混合的 情况，如先前所述的例子，尝试所期望的信噪比，但是信道对于该期望增益因子不能够提供足够的动态范围。在这种情况下，信号X1会 放置在示为接收信号X(2-N)的输入核混合器30上。混合的数目由信 号Cl和C2以及另外信号进行控制从而获得信号MN。对于诸如3.5 的除了整数还具有小数的增益，输入之一是0.5X1。本领域技术人员能够容易地想到为示出目的于此选择出的实施 例的各种改变和变型。例如，另外功能电路可以用于实现除了公开那 些以外的各个特征。另外，可以实现混合核的另外使用，同时可以引 起除了公开的那些以外的另外优点。在这些变型和变动没有脱离本发 明的精神的情况下，它们被包括在仅仅由权利要求的公平解释所定义 的范围内。
权利要求
1、一种用于对多个信号进行混合的信号混合器，包括第一加法器，用于将第一信号采样和第二信号采样进行相加以获得第一中间结果；乘法器，用于将所述第一信号采样与所述第二信号采样进行相乘以获得第二中间结果；第二加法器，用于将所述第二中间结果与所述第一中间结果进行组合以获得第三中间结果；第一阶梯函数电路，用于根据所述第三中间结果的符号丢弃所述第三中间结果；以及第一电路，用于根据所述第三中间结果的符号基于所述第三中间结果提供输出信号采样。
2、 权利要求l所述的信号混合器，还包括第二电路，用于改变所述第一和第二中间结果各自的符号； 第三加法器，用于将所述改变符号的第一和第二中间结果进行相加以获得第四中间结果；第二阶梯函数电路，用于根据所述第四中间结果的符号丟弃所述第四中间结果；以及其中所述第一电路用于将所述第三和第四中间结果进行组合以 产生所述输出信号采样。
3、 权利要求1所述的信号混合器，其中所述信号混合器用于将 釆样信号的增益增大预定增益G，其中釆样信号被提供作为第一信号 釆样N次迭代，其中N是整数，并且每次迭代得到的输出信号采样 被提供为所述第二信号釆样。
4、 一种对多个信号进行混合的方法，包括对第 一信号进行采样以提供第 一 信号采样以及对第二信号进行 采样以提供第二信号采样；将所述第一信号釆样和所述第二信号采样进行相加以获得第一中间结果；将所述第一信号采样与所迷第二信号采样进行相乘以获得第二 中间结果；从所述第 一 中间结果减去所述第二中间结果以获得第三中间结果；如果所述第三中间结果小于零则丢弃所述第三中间结果；以及 如果所述第三中间结果大于零则基于所述第三中间结果提供输 出信号釆样。
5、 权利要求4所述的方法，所述方法还包括如下步骤改变所述第一和第二中间结果各自的符号； 将所述改变符号的第一和第二中间结果进行相加以获得第四中 间结果；如果所述第四中间结果小于零则丢弃所述第四中间结果；以及 对所述第三和第四中间结果进行组合以产生所述输出信号采样。
6、 权利要求5所述的方法，其中对所迷第三和第四中间结果进 行组合还包括从所述第三中间结果减去所述第四中间结果。
7、 权利要求4所述的方法，其中丟弃所述第三中间结果还包括 将所述第三中间结果设置为零。
8、 权利要求4所述的方法，其中在数据处理系统上的软件内核 中实现所述方法。
9、 权利要求8所述的方法，其中通过对多个信号釆样递归运行 所述软件内核来对所述多个信号进行釆样及混合。
10、 权利要求4所述的方法，其中使用多个混合器对所述多个信 号进行采样及混合，其中所述多个混合器之一 的输入耦合到所述多个 混合器的中的另 一个混和器的输出。
11、 权利要求4所述的方法，其中实施所述方法以将采样信号增 益增大预定增益G,其中釆样信号被提供为第一信号采样N次，其中 N是整数，并且每次迭代得到的输出信号采样被提供为所述第二信号 采样。
12、 权利要求4所述的方法，其中第一和第二信号是数字音频信号。
13、 一种对多个信号进行混合的方法，包括 对第一信号进行釆样以获得第一信号釆样以及对第二信号进行采样以获得第二信号采样；将所述第一信号采样和所述第二信号采样进行相加以获得第一 中间结果；将所述第一信号采样和所述第二信号采样进行相乘以获得第二 中间结果；将所述第二中间结果与所述第 一 中间结果进行相加以获得第三 中间结果；如果所述第三中间结果大于零则丢弃所述笫三中间结果；以及 如果所述第三中间结果小于零则基于所述第三中间结果提供输 出信号釆样。
14、 权利要求13所述的方法，还包括从所述第二中间结果减去所述第一中间结果以获得第四中间结果；如果所述第四中间结果大于零则丢弃所述第四中间结果；以及 对所述第三和第四中间结果进行组合以产生所述输出信号采样。
15、 权利要求14所述的方法，其中对所述第三和第四中间结果 进行组合还包括从所述第三中间结果减去所述第四中间结果。
16、 权利要求13所述的方法，其中丟弃所述第三中间结果还包 括将所述第三中间结果设置为零。
17、 权利要求13所述的方法，其中在数据处理系统上的软件内 核中实现所述方法，并且第一和第二信号是数字音频信号。
18、 权利要求17所述的方法，其中通过对多个信号釆样递归运 行所述软件内核来对所述多个信号进行采样和混合。
19、 权利要求13所述的方法，其中使用多个混合器对所述多个 信号进行采样和混合，其中所述多个混合器之一的输入耦合到所述多个混合器的中的另 一个混和器的输出。
20、权利要求13所述的方法，其中实施所述方法以将采样信号 增益增大预定增益G,其中采样信号被提供为第一信号采样N次，其 中N是整数，并且每次迭代得到的输出信号采样被提供为所迷第二信 号采样。
全文摘要
本发明提供了一种方法和设备，把多个信号进行混合在预定动态范围内而不需要进行截断。在该方法和设备中，第一信号(x1)和第二信号(x2)采样进行相加(12)以获得第一中间结果。然后，该第一信号采样(x1)与该第二信号采样(x2)进行相乘(14)以获得第二中间结果。在一个实施例中，从该第一中间结果减去(16)该第二中间结果以获得第三中间结果，并且如果所述第三中间结果小于零则丢弃(20)该第三中间结果。在另一个实施例中，该第二中间结果与该第一中间结果进行相加(36)以获得该第三中间结果，并且如果该第三中间结果大于零则丢弃(40)该第三中间结果。基于该第三中间结果提供输出信号采样(M)。
文档编号H04B1/00GK101243373SQ200680030445
公开日2008年8月13日 申请日期2006年8月8日 优先权日2005年8月22日
发明者K-C·甘, L·佩索 申请人:飞思卡尔半导体公司