基于频域分段的动态范围控制电路、音频处理芯片及方法与流程

本申请涉及音频处理，特别是涉及一种基于频域分段的动态范围控制电路、音频处理芯片及方法。

背景技术：

1、目前扬声器产品，由于散热能力、物理冲程等限制，需要限制在一定的功率范围内工作，否则会损坏喇叭。在用数字链路进行重放的系统，通常采用动态范围限制器限制输入到扬声器两端的电压值。为了获得更好的重放效果，调音工程师们往往在频域上进行滤波分段限制。频域分段限制，不仅可以针对不同频段做不同的输出电压限制，还可以控制不同频段信号的瞬态响应。

2、动态范围控制(dynamic range control，drc)是常用于音频输出功率控制的算法，在不同能量大小范围区间里进行不同的处理。目前多频段drc方案是：采用高低通滤波器对信号进行滤波分段处理，经过滤波器衰减的频段的信号，经过动态范围限制器的处理后直接叠加输出，分频点处附近的信号的电压经过叠加后可能会超出分段限制所设置的阈值甚至高达2倍。这不仅会破坏扬声器系统整体音色的平衡感，也可能会损坏喇叭。因此，需要一种改进的技术方案来克服频域分段限制的局限性。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种既能对音频输入信号在频域上进行分段压缩处理又能有效控制该处理在分频点处输出信号的电压的基于频域分段的动态范围控制电路、音频处理芯片及方法。

2、一种基于频域分段的动态范围控制电路，所述电路包括：两个分频模块，能量检测模块、动态范围限制模块以及输出模块。

3、第一个所述分频模块，用于对音频输入信号在频域上进行滤波分段，输出至少两个频段的第一分频信号，并将所有所述第一分频信号输出至所述能量检测模块。

4、第二个所述分频模块，用于对所述音频输入信号在频域上进行滤波分段，输出至少两个频段的第二分频信号，并将所有所述第二分频信号输出至所述输出模块。

5、所述能量检测模块，用于对接收的所有所述第一分频信号进行能量估算，得到每个第一分频信号的能量估算值，并将所有所述能量估算值输出至所述动态范围限制模块。

6、所述动态范围限制模块，用于根据设置的启动时间、释放时间和阈值对所述能量检测模块输出的能量估算值进行增益计算，得到每个第一分频信号的信号增益，并将所述信号增益传输至所述输出模块。

7、所述输出模块，用于根据接收的每个所述信号增益与对应频段的第二分频信号相乘，并将得到的所有乘积相加，得到输出信号。

8、在其中一个实施例中，所述分频模块包括低通滤波器和高通滤波器。

9、所述低通滤波器和所述高通滤波器的输入端接收音频输入信号，所述低通滤波器和所述高通滤波器分别输出低频信号和高频信号至所述能量检测模块。

10、在其中一个实施例中，所述分频模块还包括至少一个带通滤波器。

11、所述带通滤波器的输入端接收音频输入信号，所述带通滤波器的输出端输出带通信号至所述能量检测模块。

12、在其中一个实施例中，所述能量检测模块包括若干个能量检测子模块，所述能量检测子模块的数量与所述分频模块中包括的滤波器数量相同。

13、每个所述能量检测子模块的输入端与所述分频模块中的每个滤波器输出端一对一连接，所有所述能量检测子模块的输出端与所述动态范围限制模块的输入端连接。

14、在其中一个实施例中，所述动态范围限制模块包括若干个动态范围限制器，所述动态范围限制器的数量与所述能量检测子模块数量相同。

15、每个所述动态范围限制器的输入端与每个所述能量检测子模块的输出端一对一连接，所有所述动态范围限制器的输出端与所述输出模块的输入端连接。

16、在其中一个实施例中，所述输出模块包括若干个乘法器和一个加法器；所述乘法器的数量和所述动态范围限制器的数量相同。

17、第二个分频模块的每个滤波器的输出与第一个分频模块中相应滤波器对应的动态范围限制器输出的增益输入到对应乘法器中，每个乘法器输出乘积至所述加法器中进行信号相加，得到输出信号。

18、一种音频处理芯片，所述音频处理芯片包括：上述任一所述基于频域分段的动态范围控制电路。

19、一种音频处理芯片的音频处理方法，所述方法包括：

20、采用第一分频模块将音频输入数据分为至少两个频段；对每个频段信号采用一个能量检测子模块进行能量值估算，得到每个频段信号的能量估算值，并将每个能量估算值采用一个动态范围限制器计算该频段信号的增益。

21、采用第二分频模块将所述音频输入数据分为至少两个频段。

22、将所述第二分频模块输出的每个频段信号分别与对应频段信号的增益相乘后进行求和，得到音频处理后的信号。

23、在其中一个实施例中，所述第一分频模块和第二分频模块至少两个滤波器。

24、如果滤波器数量为2，则第一分频模块和第二分频模块包括低通滤波器和高通滤波器。

25、如果滤波器数量大于2，则第一分频模块和第二分频模块包括：1个低通滤波器、1个高通滤波器，其余为带通滤波器。

26、在其中一个实施例中，所述动态范围限制器用于设置启动时间、释放时间和阈值，并根据所述启动时间、所述释放时间和阈值对一个频段信号采用所述能量检测子模块估算的能量估算值进行增益计算，得到该频段信号的增益。

27、上述基于频域分段的动态范围控制电路、音频处理芯片及方法，所述电路包括：两个分频模块，能量检测模块、动态范围限制模块以及输出模块；音频输入信号采用第二个分频模块在频域上的进行分段处理；基于第二个分频模块的分频点，调整对所述音频输入信号采用第一个分频模块在频域上的进行分段处理的分频点的设置；估算第一个分频模块输出信号的能量值；基于第一个分频模块输出信号的能量和该频段对应的动态范围限制器的启动时间、释放时间和阈值，执行该频段的动态增益计算；将计算出的动态增益乘以第二个分频模块输出的所对应频段的信号；将经过动态增益处理的多段信号进行相加，得到输出信号。该电路既能对音频输入信号在频域上进行分段压缩处理又能有效控制该处理在分频点处输出信号的电压。

技术特征：

1.一种基于频域分段的动态范围控制电路，其特征在于，所述电路包括：两个分频模块，能量检测模块、动态范围限制模块以及输出模块；

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述分频模块包括低通滤波器和高通滤波器；

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述分频模块还包括至少一个带通滤波器；

4.根据权利要求2或3所述的电路，其特征在于，所述能量检测模块包括若干个能量检测子模块，所述能量检测子模块的数量与所述分频模块中包括的滤波器数量相同；

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述动态范围限制模块包括若干个动态范围限制器，所述动态范围限制器的数量与所述能量检测子模块数量相同；

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述输出模块包括若干个乘法器和一个加法器；所述乘法器的数量和所述动态范围限制器的数量相同；

7.一种音频处理芯片，其特征在于，所述音频处理芯片包括：权利要求1-6任一项所述的基于频域分段的动态范围控制电路。

8.一种音频处理芯片的音频处理方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一分频模块和第二分频模块至少两个滤波器；

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述动态范围限制器用于设置启动时间、释放时间和阈值，并根据所述启动时间、所述释放时间和阈值对一个频段信号采用所述能量检测子模块估算的能量估算值进行增益计算，得到该频段信号的增益。

技术总结
本申请涉及一种基于频域分段的动态范围控制电路、音频处理芯片及方法，该电路包括：两个分频模块、能量检测模块、动态范围限制模块和输出模块；音频输入信号采用第二个分频模块进行分段处理；基于第二个分频模块的分频点，调整对音频输入信号采用第一个分频模块进行分段处理的分频点的设置；估算第一个分频模块输出信号的能量值，基于能量估算值和对应频段的动态范围限制器的启动时间、释放时间和阈值，计算该频段的动态增益；将动态增益乘以第二个分频模块输出的对应频段的信号；将经过动态增益处理的多段信号相加得到输出信号。该电路既能对音频输入信号在频域上进行分段压缩处理又能有效控制该处理在分频点处输出信号的电压。

技术研发人员：丁双喜,曹华,朱文锋,苗楠
受保护的技术使用者：苏州至盛半导体科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13