专利名称：用于增强立体声图象的装置、系统、电路和方法
技术领域：
本发明涉及到一个立体声音频信号处理装置，它包括----信号处理装置，包括一个用于处理立体声输入信号的立体声增强电路，----用来放大信号处理装置提供的立体声输出信号的信号放大电路，所述立体声增强电路包括----具有用来接收立体声输入信号的左右声道信号的第一和第二输入端，以及提供具有增强立体声图象的左右声道信号的第一和第二输出端的第一装置，----用来可控地混合第一装置的立体声输入信号和立体声输出信号以改变立体声图象增强程度的第二装置，本发明更进一步涉及一个立体声音频再生系统，该系统包括诸如立体声音频信号处理装置、用于再生由信号放大装置所提供的放大了的立体声信号的左右声道扬声器。
本发明还涉及一个视听再生系统，该系统包括诸如立体声音频再生系统、安装有图形显示屏幕和左右声道扬声器的组柜。
本发明涉及到一个立体声增强电路。
本发明还涉及一个用于增强立体声输入信号的立体声图象的一种方法，包括以下步骤----从立体声输入信号产生具有增强立体声图象的立体声输出信号，----可控地混合立体声输入信号和立体声输出信号以提供处理了的立体声输出信号，这样的装置、这样的系统和这样的电路可以从欧洲专利申请EP-A664661中得知。在该已有的装置中，增强了的立体声信号可以例如按(1-α)∶α的比例，与输入信号相混合，通过在0和1之间改变α的值，立体声图象的增强强度就可以在普通或标准立体声与完全增强立体声之间变动。已知的立体声图象增强的缺点在于，增强了的立体声信号的幅度可以比标准的、未被增强的立体声信号大到超过10dB，即使二者最后的声频信号的响度被感觉基本上是一样的。按照这个装置，在高信号电平时，增强了的立体声信号的大一些的幅度就会在放大器中带来畸变的增加。
本发明的一个目的是提供一个比已有的装置产生更小畸变的装置。
根据本发明的一个装置的特点在于，立体声增强电路包括与用来控制混合立体声信号使得在高的信号电平时减少立体声图象增强强度的第二装置相连接的控制装置。
本发明是基于对立体声信号的立体声图象增强强度的降低通常导致增强了的立体声信号的左右声道信号中每个信号幅度降低的认识。在高信号电平时，通过降低立体声增强强度，可以大大地减小畸变，因为此时放大器接收的是与具有完全立体声图象增强强度的信号相比具有减小了的幅度的信号。
本发明的一个实施例的特点在于，该装置包括音量电平设置装置，它为放大装置提供音量电平指示信号来设置音量电平，同时也提供给控制装置用于控制作为所设音量电平的函数的混合。
该装置的实际或所设音量电平可以用来作为可以预期的高信号电平的指示。通过例如，作为设置音量电平的函数，在高音量时减小立体声图象增强强度，可以完成控制装置的简单操作，而不必测量实际信号电平。
本发明的更进一步的实施例的特点在于，控制装置包括用来将放大了的输出信号电平与一个参考电平相比较，并在信号电平超过参考电平时将一个控制信号提供给用来降低立体声图象增强强度的第二装置的装置。
通过测量放大装置的实际输出信号，就可能精确地确定是否出现了畸变，例如，当信号电平超过放大出现非线性的电平，这个电平就是门限。
本发明的一个更进一步的实施例的特点在于，控制装置包括将第二装置的立体声输出信号的信号电平与一个参考电平相比较，并且在信号电平超过参考电平时为用来降低立体声图象增强强度的第二装置提供控制信号的装置。测量放大装置输出信号的信号电平的另一选择是，测量第二装置输出信号的信号电平，该电平将会提供给放大装置，这样，控制装置就不必处理由放大装置放大带来的具有高幅度的信号。
本发明的一个更进一步的实施例的特点在于，参考电平是所设音量电平的函数。
容限是信号在被放大装置畸变之前所能承受的额外放大的值，所设音量电平提供一个放大器还有的容限大小的指示，由于音量控制通常都放置在立体声增强电路之后，所设音量电平就可以用作参考电平，指示立体声图象增强何时应当降低以避免畸变。
本发明的一个更进一步的实施例的特点在于，控制信号只在第二装置的左声道和右声道输出信号的至少二者之一超过相应的第一装置的左声道或右声道输入信号的时候才产生。
通过采用这种测量，只有在有正面效应时立体声图象增强的降低才会发生，如果第二装置的输出信号不超过第一装置的输入信号，那么立体声图象增强强度的降低将不会在畸变方面带来正面效应，这个降低就完全没有必要进行，以避免这类降低的任何可能的有害影响。
本发明的上述目的和特性将通过以下参照附图对优选实施例的描述变得更加清楚，其中
图1显示了一个已知的立体声音频再生系统的实施例，图2显示了根据本发明的一个立体声音频再生系统的第一实施例，图3显示了根据本发明的一个立体声音频再生系统的第二实施例，图4显示了用于本发明的控制装置的一个实施例，图5显示了一个视听再生系统的一个实施例，该视听再生系统以这样的形式，例如，一部电视机或一个所谓的多媒体视听系统。
在这些附图中，同样的部分以同样的参考数字表示。
图1显示了一个已知的立体声音响音频再生系统的实施例，该立体声音频再生系统包括一个立体声处理装置，该装置又包括一个立体声增强电路10，这个电路用来处理左右声道输入信号Ri和Li，将其分别变为左右声道输出信号Lo和Ro，该系统还包括放大装置20，该装置用来放大和提供左右声道输出信号Lo和Ro，并将其送到相应的左右声道扬声器30和40。该系统的原理可以从EP-A664661中得知。立体声增强电路10包括第一装置100，它有用来接收左声道输入信号Li的第一输入端，有用来接收右声道输入信号Ri的第二输入端，有提供左声道信号Ls的第一输出端和提供右声道信号Rs的第二输出端。左右声道信号Ls和Rs与信号Li和Ri相比具有增强了的立体声图象。要得到第一装置100的更详细的描述，可以参照EP-A664661.立体声增强电路10更进一步包括用来可控地混合左声道信号Li和Ls和右声道信号Ri和Rs的第二装置，第二装置包括---分别为各自的衰减器106和108提供信号的相减对Li-Ls和Ri-Rs的第一和第二减法器102和104，每个衰减器都有与α相等的可控增益，这里0≤α≤1，---将第一和第二可控衰减器106和108的输出信号与Li和Ri相加的第三和第四加法器，这样就提供了左右声道的输出信号Lo和Ro。
采用上述方式，输出信号Lo和Ro根据如下公式而形成Lo＝α*Ls+(1-α)*LiRo＝α*Rs+(1-α)*Ri通过在0和1之间改变参数α，具有由左右声道信号Lo和Ro形成的输出信号的立体声效果就可以在标准的，即对应于α＝0的普通立体声图象到对应于α＝1的完全增强立体声图象之间变动。第二装置同样可以用其它方式来实现，比如，通过向分别具有可控增益(1-α)、(1-α)、α和α的各个可控衰减器提供信号Li、Ri、Ls、和Rs，并将所得到的衰减了的信号Li、Ls，以及Ri、Rs分别加起来。
当α＜＞0时，每个最后的信号Lo和Ro的幅度可以比原始信号Li和Ri更大。该差别高达12dB或更多，这是因为立体声图象增强是通过将一个很大的负串扰与左右声道相加而得到的，当用扬声器再生时，作为结果，这些信号的一部分在声响上就被消除了。对获得基本上和标准立体声一样的声音级别来讲，额外的12dB增益就很有必要了。这意味着，为了立体声信号的再生具有增强了的立体声图象，放大这些信号的放大装置以及扬声器都应当具有一个比标准立体声信号所需的动态范围大的动态范围。
图2显示了根据本发明的立体声音频再生系统的第一实施例，图2与图1的不同之处在于，已经加上了控制装置50，控制装置50将放大装置20的左右声道输出信号Los和Ros当作输入信号接收，并向信号增强电路10输送代表α的控制信号以控制立体声图象的增强。控制装置50用来控制立体声信号的混合，使得在高信号电平时降低立体声图象增强。不论是信号Los还是信号Ros超过门限值，控制装置50送出的控制信号α便相应地减小。这个门限值就是当超过该值时，放大装置的放大便出现非线性的输出信号值。这个实施例的一个优点是，控制信号α直接由信号所承受的畸变所获得。
图3显示了根据本发明的立体声音频再生系统的第二实施例。图3与图2的不同之处在于，加上了音量电平设置装置60，而且其中控制装置50现在接收三组输入信号A、B及C，而不是一组信号，A组信号包括左右声道输入信号Li和Ri，B组信号包括信号增强电路10的左右声道输出信号Lo和Ro，C组信号是一个代表音量电平设置的信号VL。音量电平设置装置60向放大装置输送代表音量电平设置的信号VL以设置音量电平。为此目的，放大装置的每个放大器都具有可控增益，该增益可以由上述信号VL控制。A、B、C三组信号可以分别或者相互组合起来使用，以产生控制信号α。当只使用了A、C两组信号时，控制装置50才能从所设音量计算出提供给放大装置的输入信号的最大电平，超过该最大电平或门限便使放大出现非线性。考虑到再生增强了的立体声信号所需的额外信号电平，这个门限值要降低12dB。如果输入信号电平超过该最大电平或门限，那么，控制装置50就相应降低α。在只使用B和C组信号时，控制装置50与只使用A和C组信号的控制装置50的差别在于，不必再将该最大电平减去12dB，因为这时使用的是立体声增强电路10的输出信号而不是其输入信号。如果在立体声增强电路10之前做音量调节，那么，信号VL就不必用作现在可以是固定值的最大电平或门限，在这种情况下，就可以不用C组信号。α的校正或降低只需是避免畸变所要求的数量，例如，当信号只需要降低6dB时，α只需降低到0.5。也可以只使用C组信号，即代表所设音量电平的信号VL，这样就给控制装置50带来了一个很简单的解决办法，因为不会有信号测量，如果所设音量电平是如此之高，以至于具有最大允许信号电平的输入信号将遭受畸变，那么α将会降低，当然，12dB的额外余裕在这里也一样地加以考虑。但是，这就意味着即使如果没有畸变时，即如果实际信号电平还在门限以下时，α也会降低。
图4显示了用于本发明的控制装置的一个实施例。控制装置50是对联系图3讨论的控制装置50的改进。在图4的控制装置50中使用了所有三组信号A、B和C来产生控制信号α。控制装置50包括从第一到第五预处理装置500、502、504、506和508，第一和第二比较器510和512，第一和第二受控开关514和516，相加装置518，包络检测器520，相减装置522及放大装置524。第一比较器510，以及第一和第二预处理装置500和502，还有第一控制开关514，它们一起用作可选峰值探测器，用以只将Lo信号中超过Li信号包络的那些峰值传输到加法装置518。为此目的，信号Li通过预处理装置500加到第一比较器510的正向输入端，在这里预处理装置500是包络检测器。信号Lo通过预处理装置502同时加在受控开关514和比较器510的反向输入端，在这里预处理装置502是一个整流器，当Lo的整流信号的峰值超过信号Li的包络时，第一比较器510使可控开关514工作，Lo的整流信号将被传送到相加装置518。通过第二比较器512，和第三、第四处理装置504、506，以及第二可控开关516一起来对信号Ri和Ro完成相似的处理。在这个例子中，预处理装置504包括一个包络检测器，预处理装置506包括一个整流器。在相加装置518中，加于相加装置518的两个信号中较大者被传送到包络检测器520，从来自信号VL的信号中减去包络检测器520的输出信号，来自信号VL的信号也代表所设音量电平。来自减法器的信号再由放大装置524放大，它也是加在图3的立体声增强电路10的控制信号α。由信号VL得到的信号就是门限，超过它就会使放大装置20出现非线性。这个信号可以如下所述从VL中得到。在一个给定的音量电平设置处，可以从实验或理论确定送到放大装置20的输入信号在什么幅度上会被非线性地放大。这就得到了门限，在这个音量电平设置情况下，它不会被输入信号超过。在一个新的(不同的)音量电平设置处，这个门限可以采用给定音量设置和新的音量设置之间的差异来计算得到。这样，当新的音量设置低了6dB时，门限应当相应地增加6dB。通过这个方法，当信号Lo和Ro的峰值超过门限时，它们会减小α的值。使用可选峰值检测器确保α只在它将产生影响时才会减小，即当信号Lo和Ro的幅度比信号Li和Ri大的时候。如果不做这一项，α即使在没有对畸变降低有任何正向影响的时候也将减小。对一些输入信号来讲，甚至会这样，α的减小可以造成输出信号电平的增加，这依赖于左右声道输入信号的相位差。这种影响会导致一个不稳定的反馈环，但是在使用如前所述的可选峰值检测器的时候，这种情况可以避免。这些可选峰值检测器还可以有利地用在图2的控制装置50中，用来在预计α减小不会产生有利影响时阻止α减小。预处理装置500、502、506和508，除了包括提到的整流和包络检测外，还可能包括其它处理，比如一个平均或峰值检测等等。包络检测器520也可能会被其它诸如峰值检测、平均等处理代替。放大装置524用来为反馈环中提供足够的环路增益以控制α，通过这个反馈，包络检测器的时间常数就显著地减小，但是，一旦反馈环出现开环，即，当可控开关514和516不工作，从而不传送信号Lo和Ro时，时间常数表现为它们的正常值。这可能会导致系统长的稳定时间。因而，在反馈环出现开环时，就会要求减小包络检测器，特别是包络检测器520的时间常数。也可以采用其它推导α的方法，例如，可以用信号Lo和Ro以任何方式与A、B和/或C信号混合，由此推导出控制信号α。控制信号α可以通过结合跟在图4的放大器524之后的低通滤波器(图中未画出)来作附加的平滑处理。在图3的实施例中，控制信号α常常产生得稍晚些，这是因为控制信号α的产生的反馈特性所致，如果希望补偿这种情况，就可以通过在放大器20之前加入延迟来做到这点。本发明还可以用来增加α，通过增加α使得输出信号接近超过便使得放大器20的放大出现非线性的电平。通过这种方式，可能会使非常声音(IncredibleSound)效应变得最大。
图5显示了一个视听再生系统的实施例，它的形式是，比如，一部电视机或一个所谓的多媒体视听系统。该视听再生系统包括一个组柜70，该组柜70包含一个图象显示屏幕72以显示视频图象。图象显示器72的左侧放置的是左声道扬声器30，右侧放置的是右声道扬声器40，左声道扬声器30和右声道扬声器40都被图2或图3中的立体声音频信号处理装置所控制。
权利要求
1.一个立体声音频信号处理装置，它包括-信号处理装置，包括用于处理立体声输入信号的立体声增强电路，-用来放大由信号处理装置提供的立体声输出信号的信号放大装置，该立体声增强电路包括-有用来接收立体声输入信号的左声道和右声道信号的第一和第二输入端以及用来提供具有增强了的立体声图象的左声道和右声道信号的第一和第二输出端的第一装置，-可控地混合第一装置的立体声输入信号和立体声输出信号以改变立体声图象增强程度的第二装置，其特征在于，立体声增强电路包括连接到第二装置的，用于控制立体声信号的混合，以在高的信号电平时降低立体声图象增强程度的控制装置。
2.权利要求1的装置，其特征在于，该装置包括音量电平设置装置，用于为放大装置提供代表音量电平的信号以设置音量电平，并提供给控制装置以控制作为设置音量电平函数的混合。
3.权利要求1的装置，其特征在于，控制装置包括这样的装置，它将放大了的立体声输出信号的信号电平与参考电平相比较，并为第二装置提供控制信号，用来在信号电平超过参考电平时降低立体声图象的增强程度。
4.权利要求1或2的装置，其特征在于，控制装置包括这样的装置，它将第二装置的立体声输出信号的信号电平与参考电平相比较，并为第二装置提供控制信号，用来在信号电平超过参考电平时，降低立体声图象的增强程度。
5.权利要求1或2的装置，其特征在于，参考电平是所设音量电平的函数。
6.权利要求2、3、4或5的装置，其特征在于，只有在第二装置的左右声道输出信号中至少有一个超过相应的第一装置的左声道或右声道输入信号的时候，才产生控制信号。
7.一个立体声音频再生系统，包括权利要求1、2、3、4、5或6的立体声音频信号处理装置，以及用来再生由信号放大装置提供的、放大了的信号的左右声道扬声器。
8.一个视听再生系统，包括权利要求7的立体声音频再生系统、其中安装有图象显示屏幕和左右声道扬声器的的组柜。
9.一个立体声增强电路包括-具有用来接收立体声输入信号的左右声道信号的第一和第二输入端，以及用来提供具有增强了的立体声图象的立体声信号左右声道信号的第一和第二输出端的第一装置，-用来可控地混合第一装置的立体声输入信号和立体声输出信号，以改变立体声图象的增强程度的第二装置，其特征在于，立体声增强电路更进一步包括连接到第二装置的，用来控制立体声信号的混合，使得在高信号电平时减小立体声图象增强程度的控制装置。
10.一种用于增强立体声输入信号的立体声图象的方法，包括如下步骤-由立体声输入信号产生具有增强了的立体声图象的立体声输出信号，-可控地混合立体声输入信号和立体声输出信号以提供处理了的立体声输出信号，其特征在于，在高信号电平时，控制混合以减小立体声图象的增强程度。
全文摘要
本发明提供一种立体声音频信号处理装置来可变地增强立体声图象,其中,立体声图象增强程度在高电平时降低以减小畸变。该装置可用于立体声音频再生系统以增强立体声图象,该系统可能是一个视听再生系统的一部分。本发明还涉及到一个立体声增强电路和一个增强立体声输入信号的立体声图象的方法。
文档编号H04S7/00GK1207234SQ97191619
公开日1999年2月3日 申请日期1997年10月3日 优先权日1996年11月8日
发明者R·M·阿茨, P·A·C·贝杰, R·T·J·托仁德克斯 申请人:菲利浦电子有限公司