TW201503582A - 具有緩解特徵之經改良動態壓縮器 - Google Patents

Abstract

本發明提出一種動態範圍壓縮器(100)，其具備：一輸入端子(102)，用於接收待壓縮輸入信號；一放大器單元(104)，用於藉由一放大因數來放大該待壓縮信號以導出一經壓縮輸出信號；一輸出端子(106)，用於供應該經壓縮輸出信號；一第一包絡偵測器單元(108)，用於自該輸入信號導出一第一包絡信號；及一放大器控制單元(112)，用於相依於一包絡信號(b1)而產生一放大器控制信號。 此等眾所周知動態範圍壓縮器仍在其輸入信號展現失真，該等失真與經動態壓縮信號之信號位準誤差有關。 本發明目的在於避免此等位準誤差。根據本發明之動態範圍壓縮器因而另外具備：一第二包絡偵測器單元(108，110)，用於自該輸入信號導出一第二包絡信號；一第一信號位準預測單元(114)，用於自該第一包絡信號產生一第一預測信號；一第二信號位準預測單元(116)，用於自該第二包絡信號產生一第二預測信號；一信號組合單元(118)，用於組合該第一預測信號與該第二預測信號以產生一經組合預測信號。另外，該放大器控制單元(112)經調適以相依於該經組 合預測信號(e)而另外產生放大器控制信號。

Description

具有緩解特徵之經改良動態壓縮器

本發明係指根據請求項1之前文之一種動態壓縮器。一此類型之動態壓縮器係自倫敦大學瑪麗皇后學院之一碩士論文獲知，該論文標題為「A Design of a Digital,Parameter-automated,Dynamic Range Compressor」，由Dimitrios Giannoulis於2010年8月26日申請。

在用於音訊信號之習用動態壓縮器中，偵測包絡信號並使用此等包絡信號控制一增益因數產生器。

存在為包絡信號增添一經擴展衰減(「緩解」)之技術，此乃因此允許使信號失真最小化。

本文具體地考量以前向控制工作之彼等習用動態壓縮器，此乃因此等習用動態壓縮器具有極小時間延遲之優點；應維持此優點。

習用動態壓縮器可具備用於增益因數產生器之一參數調節器，提供該參數調節器以控制經動態壓縮信號之位準值。通常，此參數控制基於一目標位準值與增益因數產生器之一特性變量壓縮曲線之一比較。

在特性壓縮曲線之應用減小與輸入信號相比之經動態壓縮信號之平均位準之情形中，存在等化放大之技術(被稱為「自動補償增益」)，該等技術可靜態地或信號相依地工作。[Giannoulis，第3.4部 分，第42頁]

當自具有緩解性質之包絡導出一位準量測以使用此來與目標位準值進行比較時，此具有以下缺點：可出現經動態壓縮信號之一額外位準誤差，該額外位準誤差係數個dB之數量級且因而可能係不被容許的。

本發明之目標係減小此位準誤差。

如在前文中定義之動態壓縮器亦在第一技術方案之特性部分中被識別。本發明之較佳實施例在技術方案2至7中被識別。

本發明起作用如下。

根據本發明，自輸入信號導出兩個不同包絡：不具有緩解性質之第一包絡偵測器以及具有緩解性質之第二包絡。此使用兩個相關聯包絡偵測器而發生，其中輸入信號饋送至第一包絡中且第二包絡偵測器串聯地耦合至第一包絡偵測器且經設計以使得其自不具有緩解性質之包絡信號產生具有緩解性質之包絡信號。然而，輸入信號饋送至兩個包絡偵測器中且第二包絡偵測器經設計使得其直接自輸入信號產生具有緩解性質之包絡信號亦係可能的。第二包絡信號對應於亦饋送至動態壓縮器之增益因數產生器中作為輸入信號之信號。

一所預測包絡信號係自兩個包絡信號中之每一者導出：第一所預測包絡信號係自不具有緩解性質之包絡信號導出，第二所預測包絡信號係自具有緩解性質之包絡信號導出，且兩者皆依據動態壓縮器之當前增益因數。各別所預測包絡信號作為將各別包絡信號乘以增益因數值之一結果而發生。此等所預測包絡信號提供歸因於給定增益因數值而發生之經壓縮信號之對應可量測包絡之估計值。然而，實際上，不量測經壓縮信號之包絡。

使用習慣性技術自兩個所預測包絡信號中之每一者導出一所預測位準。藉由計算兩個所預測位準之間之差導出一增益校正因數。此提供關於在自不具有緩解性質之包絡信號(而非自具有緩解性質之包絡信號)導出增益因數值之情況下歸因於給定增益因數值而發生之經壓縮信號之位準將變化之量的資訊。

藉由增益校正因數校正動態壓縮器之位準目標值。因此，補償上文述及之位準誤差。

藉助於如在所附申請專利範圍中闡述之一動態壓縮器達成此等及進一步目標，該所附申請專利範圍被視為本說明書之一整體部分。

100‧‧‧動態壓縮器

102‧‧‧輸入端子

104‧‧‧放大器裝置

106‧‧‧輸出端子

108‧‧‧第一包絡偵測器單元/區塊/偵測器單元/包絡偵測器單元/包絡偵測器

110‧‧‧第二包絡偵測器單元/區塊/偵測器單元/包絡偵測器單元/包絡偵測器

112‧‧‧放大器控制單元

113‧‧‧輸入

114‧‧‧第一位準預測單元/第一預測單元/第一預測器單元/預測單元

115‧‧‧輸出

116‧‧‧第二位準預測單元/第二預測單元/預測單元

117‧‧‧控制信號輸入

118‧‧‧信號組合單元

119‧‧‧第二輸入/經組合預測信號/輸入

120‧‧‧第一乘法單元/乘法單元

121‧‧‧控制信號輸入

122‧‧‧位準量測裝置

124‧‧‧第二乘法單元/乘法單元

125‧‧‧控制信號輸入

126‧‧‧位準量測裝置

201‧‧‧積分器電路

202‧‧‧對數化電路

302‧‧‧信號組合單元/信號組合電路

304‧‧‧第一轉換器/轉換器

306‧‧‧第二轉換器/轉換器

308‧‧‧輸入

310‧‧‧第二輸入

312‧‧‧輸出

314‧‧‧按比例縮放電路/信號組合單元

316‧‧‧信號組合單元

510‧‧‧第二包絡偵測器單元/包絡偵測器單元

512‧‧‧放大器控制單元

517‧‧‧第三輸入/輸入

520‧‧‧信號組合單元

522‧‧‧信號組合單元

524‧‧‧信號區塊

526‧‧‧輸入

528‧‧‧輸出

a‧‧‧輸入信號

b1‧‧‧連續線/具有緩解性質之包絡信號

b2‧‧‧連續線/不具有緩解性質之包絡信號

c1‧‧‧連續線

c2‧‧‧連續線

d1‧‧‧連續線/輸出信號/信號

d2‧‧‧連續線/輸出信號/信號

e‧‧‧輸出信號

g‧‧‧經動態壓縮輸出信號/信號

G‧‧‧值

T‧‧‧值/位準操作點

在以下圖說明中藉由參考根據本發明之動態壓縮器之實例性實施例進一步闡述本發明。此處，圖1繪示動態壓縮器之一實例性實施例，圖2繪示圖1中之動態壓縮器中之一位準預測單元之一實例性實施例，圖3繪示圖1中之動態壓縮器中之放大器控制單元之一實例性實施例，圖4繪示圖1中之動態壓縮器中各個信號之行為，圖5繪示根據本發明之動態壓縮器之一第二實例性實施例，及圖6繪示根據圖5之動態壓縮器之放大器控制單元之一實例性實施例。

圖1繪示動態壓縮器之一第一實例性實施例。

圖1中之動態壓縮器100具備用於接收一待壓縮輸入信號之一輸入端子102。輸入端子102耦合至一放大器裝置104之一輸入，放大器 裝置104經裝備用於以一增益因數放大待壓縮輸入信號以獲得一經壓縮輸出信號。放大器裝置104之一輸出耦合至一輸出端子106以產生經壓縮輸出信號。

提供一第一包絡偵測器單元108用於自輸入信號導出一第一包絡信號。出於此目的，第一包絡偵測器單元108之一輸入經耦合至動態壓縮器之輸入端子102。提供一第二包絡偵測器單元以自輸入信號導出一第二包絡信號。在此實例性實施例中，第二包絡偵測器單元由一連串區塊108(亦即，第一包絡偵測器單元)及110形成。另外，動態壓縮器100併入有用於依據一包絡信號產生一放大器控制信號之一放大器控制單元112。為此，放大器控制單元112之一輸入113經耦合至第二包絡偵測器單元108、110之一輸出。放大器控制單元112之一輸出115經耦合至放大器裝置104之一控制信號輸入117。

動態壓縮器亦具備用於自第一包絡信號產生一第一預測信號之一第一位準預測單元114。為此，第一位準預測單元114之一輸入經耦合至第一包絡偵測器單元108之一輸出。

提供一第二位準預測單元116，用於自第二包絡信號產生一第二預測信號。為此，第二位準預測單元116之一輸入經耦合至第二包絡偵測器單元108、110之輸出。

第一預測單元114及第二預測單元116之輸出經耦合至一信號組合單元118之對應輸入，信號組合單元118經裝備以組合第一預測信號與第二預測信號，以獲得一經組合預測信號。根據本發明，放大器控制單元112亦經裝備用於依據經組合預測信號來產生放大器控制信號。為此，信號組合單元118之一輸出經耦合至放大器控制單元112之一第二輸入119。

在根據圖1之實例性實施例中，第二包絡偵測器單元110之一輸入 經耦合至第一包絡偵測器單元108之一輸出。亦可能將第二包絡偵測器單元110之輸入直接耦合至動態壓縮器之輸入端子102。在此情形中，第二包絡偵測器單元中之信號處理等效於偵測器單元108及110中之依序信號處理，如其在圖1中切換。

第一預測單元114具備依據放大器控制信號將第一包絡信號乘以一第一乘法因數之一乘法單元120。為此，乘法單元120之一輸入經耦合至第一包絡偵測器單元108之輸出，且乘法單元120之一控制信號輸入121經耦合至放大器控制單元112之輸出115。另外，提供一位準量測裝置122，用於自在乘法單元120中相乘之第一包絡信號導出第一預測信號。

第二預測單元116具備用於依據放大器控制信號將第二包絡信號乘以一第二乘法因數之一乘法單元124。為此，乘法單元124之一輸入經耦合至第二包絡偵測器單元108、110之輸出，且乘法單元124之一控制信號輸入125經耦合至放大器控制單元112之輸出115。另外，提供一位準量測裝置126，用於自在乘法單元124中相乘之第二包絡信號導出第二預測信號。

包絡偵測器(諸如，第一包絡偵測器單元108)一般而言係已知的且通常併入有一整流器及一低通濾波器。區塊110併入有一緩解電路(一般而言亦係已知的)，該緩解電路通常併入有一快速充電但緩慢放電之一儲存元件(諸如，一電容器)。第二包絡偵測器單元108、110因此係具有緩解性質之一包絡偵測器。

在圖1中之實例性實施例中，位準量測裝置122及126可由一積分器電路201與一對數化電路202之一串聯電路組建，如在圖2中所展示。以此方式，預測信號經產生作為在經對數化區域中經轉換之預測信號。在此情形中，信號組合單元118係一減法電路。若在未經對數 化區域中產生預測信號，則信號組合單元將係一除法電路。

在已經於經對數化區域中產生了經組合預測信號119之情況下，放大器控制單元112可如在圖3中所展示地呈現。圖3中之放大器控制單元112併入有一信號組合單元302、一第一轉換器304及一第二轉換器306。第一轉換器304經組態用於自第二包絡偵測器單元108、110接收包絡信號並用於將包絡信號轉換至經對數化區域中。為此，轉換器304之輸出耦合至信號組合單元302之一輸入308。放大器控制單元112之輸入119耦合至信號組合單元302之一第二輸入310。信號組合單元302之一輸出312耦合至轉換器306之一輸入。若信號組合單元302之輸入信號兩者皆在經對數化區域中，則信號組合單元302被組態為一加法電路。第二轉換器306經組態用於接收信號組合單元302之輸出信號並用於將此輸出信號轉換至未經對數化區域中。

在已經於未經對數化區域中產生了經組合預測信號之情況下，信號組合單元302被組態為一乘法電路且可省略轉換器304及306。

另外，在放大器控制單元112中可存在另一按比例縮放電路314，若放大器控制單元112中之信號在經對數化區域中，則按比例縮放電路314被實現為一乘法電路，用於將轉換器304之輸出信號乘以一值G。若放大器控制單元112中之信號在未經對數化區域中，則按比例縮放電路314係一指數化電路，藉以用值G指數化轉換器304之輸出信號。此按比例縮放電路314使得能夠根據選擇值G之需要設定動態壓縮器之壓縮位準。此處，G通常在[-1，0]區域中，雖然未必侷限於此。若G=0，則無動態壓縮發生。若(舉例而言)G=-1，則一強烈動態壓縮發生。

另一信號組合單元316可有可能插置在轉換器304與信號組合單元314之間。在經對數化區域中，此信號組合單元316係一減法電路； 否則，其係一除法電路。此信號組合單元316允許根據需要設定動態壓縮器之位準操作點。位準操作點對應於值T，藉以在經對數化區域中，T係基於輸入信號之位準值之一位準值，否則係基於輸入信號之振幅之一因數。

圖1中之動態壓縮器中之某些信號之行為在圖4中表示。輸入端子102處之輸入信號在圖4a中繪示為隨時間而變。如在圖4a中可見，低振幅信號分量與高振幅信號分量交替，而停頓(亦即，低振幅段)在左手側上佔一大分率且在右手側上佔一小分率。圖4b中之連續線b2繪示第一包絡偵測器單元108之輸出信號。在圖4b中可見包絡偵測器單元108之輸出信號快速追隨輸入信號a之降幅。圖4b中之連續線b1繪示第二包絡偵測器單元108、110之輸出信號。在圖4b中可見包絡偵測器單元108、110之輸出信號僅非常緩慢地追隨輸入信號a之降幅。

圖4c中之連續線c2繪示第一乘法單元120之輸出信號且連續線c1繪示第二乘法單元124之輸出信號。此處，亦將在下文闡述之藉由放大器控制信號f之乘法之效應變得明顯。與包絡偵測器108或108、110兩者之輸出信號相比，乘法單元120及124之輸出信號之紋波較小。由此，可辨別出：乘法單元124之輸出信號之行為猶如其具有經壓縮輸出信號之一想像包絡，且在已自不具有緩解性質之包絡信號b2(而非自具有緩解性質之包絡信號b1)導出放大器控制信號之假設情形中，乘法單元120之輸出信號之行為猶如其具有經壓縮輸出信號之另一想像包絡。

圖4d中之連續線d2繪示第一預測器單元114之輸出信號，且連續線d1繪示第二預測單元116之輸出信號。歸因於區塊110中之緩解性質，預測單元114之輸出信號d1大於預測單元116之輸出信號d2。輸入信號a之停頓分率一變得較小，兩個信號d1及d2就顯示一增加位準。 然而，此增加對於自具有緩解性質之包絡導出的信號(亦即，d1)而言係較小的。

圖4e繪示信號組合單元118之輸出信號e。如在圖4d中可見，在輸入信號a之停頓分率係較小的時間間隔期間，兩個信號d1及d2收斂。此意味信號組合單元118之輸出信號e在此時間間隔中係較小的。

圖4f繪示放大器控制單元112之放大器控制信號f，且圖4g則繪示動態壓縮器100之經動態壓縮輸出信號g。至此可將動態壓縮認識為與輸入信號a相比，信號g之低振幅與高振幅之間的差已變得較小。

圖5繪示根據本發明之動態壓縮器之一第二實例性實施例。根據圖5之動態壓縮器繪示與根據圖1之動態壓縮器之諸多相似點。在兩個圖中，用相同參考編號指示動態壓縮器之類似元件。差異在於圖5中由510指示之第二包絡偵測器單元以及圖5由512指示之放大器控制單元之另一設計。包絡偵測器單元510係由圖1中之區塊108及110之一串聯電路構造且以相同方式工作。亦可見包絡偵測器單元108之輸出亦經耦合至放大器控制單元512之一第三輸入517。

另一方面，在經對數化區域中產生了經組合預測信號119的情況下，放大器控制單元512可呈現為如在圖6中繪示之單元。圖6中之放大器控制單元512係圖3中之放大器控制單元112之一發展。在圖3之放大器控制單元112中及圖6之放大器控制單元512兩者中，具有相同參考編號之元件係相同的。放大器控制單元512亦具備一信號區塊524、一信號組合單元520及一信號組合單元522。信號區塊524之輸入526經耦合至放大器控制單元512之輸入517。信號區塊524之一個輸出528經耦合至信號組合單元316及520兩者之一各別一個輸入。信號組合單元520之一輸出經耦合至信號組合單元522之一輸入。按比例縮放電路314之輸出經耦合至信號組合單元522之一第二輸入。信號組合單元 522之一輸出經耦合至信號組合電路302之輸入308。

信號區塊524可看起來像已在圖2中針對位準量測單元122及126展示之信號區塊。該信號區塊因此亦可具備一積分器電路與一對數化電路之一串聯電路。

經對數化區域中之信號組合單元520係一減法電路，且信號組合單元522係一加法電路。類似於在放大器控制單元112中，信號區塊524與信號組合單元316、520及522允許根據需要設定動態壓縮器之位準操作點。另一方面，位準操作點對應於值T。然而，與使用根據圖3之放大器控制單元112之圖1中之電路相比，使用根據圖6之放大器控制單元512之圖5中之電路亦允許將輸入信號之實際位準與位準操作點T之間之差納入考量，使得此處，T係基於一信號位準值0之一位準值。因此，有利地，即使在無一已知輸入信號位準之情況下仍可設定T。

在考量揭示本發明之較佳實施例之說明書及附圖之後，本發明之諸多改變、修改、變體以及其他使用及應用對熟習此項技術者將係顯而易見的。不偏離本發明之範疇之所有此等改變、修改、變體以及其他使用及應用被視為由本發明涵蓋。

以較佳實施例之各種形式闡述之元件及特性在不偏離本發明之範疇之情況下可相互組合。

將不闡述進一步實施細節，此乃因熟習此項技術者能夠自以上說明之教示開始執行本發明。

100‧‧‧動態壓縮器

102‧‧‧輸入端子

104‧‧‧放大器裝置

106‧‧‧輸出端子

108‧‧‧第一包絡偵測器單元/區塊/偵測器單元/包絡偵測器單元/包絡偵測器

110‧‧‧第二包絡偵測器單元/區塊/偵測器單元/包絡偵測器單元/包絡偵測器

112‧‧‧放大器控制單元

113‧‧‧輸入

114‧‧‧第一位準預測單元/第一預測單元/第一預測器單元/預測單元

115‧‧‧輸出

116‧‧‧第二位準預測單元/第二預測單元/預測單元

117‧‧‧控制信號輸入

118‧‧‧信號組合單元

119‧‧‧第二輸入/經組合預測信號/輸入

120‧‧‧第一乘法單元/乘法單元

121‧‧‧控制信號輸入

122‧‧‧位準量測裝置

124‧‧‧第二乘法單元/乘法單元

125‧‧‧控制信號輸入

126‧‧‧位準量測裝置

a‧‧‧輸入信號

b1‧‧‧連續線/具有緩解性質之包絡信號

b2‧‧‧連續線/不具有緩解性質之包絡信號

c1‧‧‧連續線

c2‧‧‧連續線

d1‧‧‧連續線/輸出信號/信號

d2‧‧‧連續線/輸出信號/信號

e‧‧‧輸出信號

g‧‧‧經動態壓縮輸出信號/信號

Claims (13)

1. 一種動態範圍壓縮器(100)，其具備a.一輸入端子(102)，用於接收待壓縮輸入信號，b.一放大器單元(104)，用於藉由一放大因數來放大該待壓縮信號以導出一經壓縮輸出信號，c.一輸出端子(106)，用於供應該經壓縮輸出信號，d.一第一包絡偵測器單元(108)，用於自該輸入信號導出一第一包絡信號，e.一放大器控制單元(112)，用於相依於一包絡信號(b1)而產生一放大器控制信號，該動態範圍壓縮器之特徵在於，該動態壓縮器進一步具備f.一第二包絡偵測器單元(108、110)，用於自該輸入信號導出一第二包絡信號，g.一第一信號位準預測單元(114)，用於自該第一包絡信號產生一第一預測信號，h.一第二信號位準預測單元(116)，用於自該第二包絡信號產生一第二預測信號，i.一信號組合單元(118)，用於組合該第一預測信號與該第二預測信號以產生一經組合預測信號，且該動態範圍壓縮器之特徵在於該放大器控制單元(112)經調適以相依於該經組合預測信號(e)而另外產生該放大器控制信號。(圖1)
2. 如請求項1之動態範圍壓縮器，其中該放大器控制單元經調適以相依於該第二包絡信號(b1)及該經組合預測信號(e)而產生該放大 器控制信號。(圖1)
3. 如請求項1之動態範圍壓縮器，其中該放大器控制單元經調適以相依於該第一包絡信號及該第二包絡信號以及該經組合預測信號(e)而產生該放大器控制信號。(圖5)
4. 如請求項1、2或3之動態範圍壓縮器，其中該第一信號位準預測單元(114)具備a.一第一乘法單元(120)，用於相依於該放大器控制信號將該第一包絡信號乘以一第一乘法因數，及b.一第一信號位準量測單元(122)，用於自在該第一乘法單元(120)中相乘之該第一包絡信號導出該第一預測信號。(圖1)
5. 如請求項4之動態範圍壓縮器，其中該第二信號位準預測單元(116)具備a.一第二乘法單元(124)，用於相依於該放大器控制信號將該第二包絡信號乘以一第二乘法因數，及b.一第二信號位準量測單元(126)，用於自在該第二乘法單元(124)中相乘之該第二包絡信號導出該第二預測信號。(圖1)
6. 如請求項1至3中任一項之動態範圍壓縮器，其中該第一包絡偵測器單元(108)經調適以導出該第一包絡信號作為無一緩解行為之一包絡信號。(圖1)
7. 如請求項6之動態範圍壓縮器，其中該第二包絡偵測器單元(108、110)經調適以導出該第二包絡信號作為展現一緩解行為之一包絡信號。(圖1)
8. 如請求項5之動態範圍壓縮器，其中該第一乘法因數及該第二乘法因數具有一相等值。(圖1)。
9. 如請求項1或2之動態範圍壓縮器，其中該放大器控制單元(112) 包括一信號組合單元(302)，用於組合該包絡信號與該經組合預測信號，以自其導出該放大器控制信號。(圖3)
10. 如請求項9之動態範圍壓縮器，其中a.該第一預測信號及該第二預測信號(d1、d2)係轉換至對數域中之預測信號，且該經組合預測信號(e)係在該對數域中經轉換之一經組合預測信號，且b.該放大控制單元(112)包括用於接收該包絡信號並用於將該包絡信號轉換成在該對數域中經轉換之一包絡信號之一第一轉換器(304)，c.該放大器控制信號之該信號組合單元(302)經調適以組合在該對數域中經轉換之該經組合預測信號與在該對數域中經轉換之該包絡信號，以產生在該對數域中經轉換之該組合信號，d.該放大器控制單元(112)進一步具備用於將該組合信號轉換至非對數域中之一第二轉換器單元(306)，且e.該放大器單元經調適以供應該非對數組合信號作為該放大器控制信號。(圖3)
11. 如請求項10之動態範圍壓縮器，其中該放大器控制單元之該信號組合單元(302、316)經調適以另外組合一目標值(T)，以獲得轉換至該對數域中之該組合信號。(圖3)
12. 如請求項3之動態範圍壓縮器，其中該放大器控制單元(512)另外具備用於量測該第一包絡信號之該信號位準及用於將該如此導出之信號位準信號轉換為在該對數域中經轉換之一信號位準信號之一信號位準量測單元(524)，且其中該放大器控制單元之該信號組合單元(302、316、522)經調適以另外組合在該對數域中經轉換之該信號位準信號，以產生在該對數域中經轉換之該組 合信號。(圖6)
13. 如請求項1至3中任一項之動態範圍壓縮器，其中該動態範圍壓縮器係一前向控制動態範圍壓縮器。