CN100334540C - 声卡以及限制向声卡的输入和从声卡的输出的方法 - Google Patents

Abstract

一种用来限制向计算机声卡的输入和从计算机声卡的输出的方法和装置，在声卡放大器的输入端和输入端之间形成一个反馈连接。将该反馈连接的电压从最低电压开始增加直到出现过饱和状态。这就发现了“输出电压极限”。此后，将放大器的输出电压限制到输出电压极限。然后终止反馈连接并将正被输入到放大器的信号的电压从最低电压开始增加直到出现过饱和状态。这就发现了“输入电压极限”。此后，将提供给放大器的输入限制到输入电压极限。

Description

声卡以及限制向声卡的输入和从声卡的输出的方法

技术领域

本发明提出一种限制向计算机声卡的输入和从计算机声卡的输出的方法，也提出一种新颖的声卡。

背景技术

声卡是非常有用的装置，通常用于诸如计算机、电视游戏机、娱乐设备等等的计算机化设备内。然而，常常有噪音和其它缺点使得声卡不能最好地运行。下面所述的发明处理与声卡以及和声卡相连的外部装置的噪音的问题。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种声卡，包括：

至少一个放大器，其具有至少一个放大器输入端和至少一个放大器输出端；

至少一个连接在所述放大器输入端上的声卡输入端；

至少一个连接在所述放大器输出端上的声卡输出端；

至少一个连接在所述放大器输入端和所述的放大器输出端上的反馈回路；

在所述反馈回路中的反馈电压控制器；以及至少一个连接在所述声卡输入端和所述放大器输入端间的输入电压控制器。

根据本发明的另一个方面，提供一种声卡，包括：

至少一个放大器，其具有至少一个放大器输入端和至少一个放大器输出端；

多个连接在所述放大器输入端上的声卡输入端；

多个连接在所述放大器输出端上的声卡输出端；

多个反馈回路，其中每个反馈回路被连接在相应的一对所述声卡输入端和所述声卡输出端上；

在每个所述反馈回路中的反馈电压控制器；以及至少一个连接在所述声卡输入端和所述放大器输入端间的输入电压控制器。

根据本发明的另一个方面，提供一种限制从计算机声卡的输出的方法，所述方法包括：

使用反馈连接把声卡放大器的输出端连接在所述放大器的输入端上；

向所述放大器提供具有一频率的信号；

将所述反馈连接的电压从最低电压开始增加直到出现过饱和状态，这时，所述频率的谐波开始从所述放大器输出；

降低所述反馈连接的所述电压直到所述谐波停止从所述放大器输出，并把所述电压记录为输出电压极限；以及把所述放大器的所述输出电压限制到所述输出电压极限。

根据本发明的另一个方面，提供一种限制向计算机声卡的输入和从计算机声卡的输出的方法，所述方法包括：

使用反馈连接把声卡放大器的输出端连接在所述放大器的输入端上；

把所述放大器的输出电压调整到最高电压；

向所述放大器提供具有一频率的信号；

将所述反馈连接的电压从最低电压开始增加直到出现过饱和状态，这时，所述频率的谐波开始从所述放大器输出；

降低所述反馈连接的所述电压直到谐波停止从所述放大器输出，并把所述电压记录为输出电压极限；

断开所述反馈连接；

把所述放大器的所述输出电压限制到所述输出电压极限；

将正被提供给所述放大器的所述信号的电压从最低电压开始增加直到出现所述过饱和状态；

降低所述信号的所述电压直到所述谐波停止从所述放大器输出，并把该电压记录为输入电压极限；以及把提供给所述放大器的输入限制到所述输入电压极限。

本发明提出一种限制向计算机声卡的输入和从计算机声卡的输出的方法。根据该方法，使用反馈连接将声卡放大器的输出端连接在该放大器的输入端上。该方法把放大器的输出电压调整为最大电压并向放大器提供一个信号。然后，本发明从最低电压开始增加反馈连接的电压直到出现过饱和状态。当信号频率的谐波(例如噪音)开始从放大器中输出时，出现“过饱和状态”。接着，本发明微幅地降低反馈连接的电压直到该谐波刚好不再从放大器中输出。该电压被记录为“输出电压极限”。此后，放大器的输出电压被限制到输出电压极限。然后终止反馈连接，将提供给放大器的信号电压从最低电压开始增加直到再次出现过饱和状态。再次地，降低信号电压直到谐波刚好停止从放大器中输出。该电压被记录为“输入电压极限”。此后，提供给放大器的输入电压被限制到输入电压极限。可使用与用于发现输入电压极限不同频率的信号来发现输出电压极限。通常，输出电压极限高于输入电压极限。

本发明调整音频计算机声卡以确保用于压缩和一般数字记录的最佳质量音频处理。本发明为声卡设立电压阈值来提供尽可能优良的输出信号。本发明发现和控制卡的独特的饱和阈值。发现声卡端口的输入饱和点和输出饱和点提供了上下极限来确保最佳质量的编码信号。通过停留在接近于或者低于输入饱和点，声卡将向原始信号添加最小的噪音。不超过声卡的输出饱和点同样会这样。结合两方面的信息使得本发明能够容易地停留在声卡的极限范围内。

本发明也可以使用处于不同频率步幅的信号组重复该方法以发现输出电压极限和输入电压极限。在记录了用于这些不同频率步幅的不同的输出电压极限和输入电压极限后，本发明然后可根据正被输入到声卡的信号的频率范围，调整输入到声卡和从声卡输出的电压极限。每当可能影响声卡性能的环境条件变化时，也可重复本方法。因此，可以周期性地，或者当声卡的温度变化超过一个预定的变化极限时，或者其他相类似的情况出现时重复该过程。

声卡在运行期间中被用来处理音频信号，而该方法在不处理音频信号的非运行期间(例如校准期间)被执行。因此，反馈连接仅在发现输出电压极限时使用，而在运行周期不使用。该方法通过调整放大器或者输入电压控制器来保持放大器的输出电压尽可能地接近输出电压极限。

与本发明的方法一起使用的本发明的声卡包括至少一个连接在声卡输入端和输出端上的放大器。至少一个反馈回路被连接在该放大器的输入端和输出端上，一反馈控制器位于反馈回路中。至少一个输入电压控制器被连接在声卡的输入端和放大器的输入端之间。

另外，至少一个声卡控制器被连接在输入电压控制器、放大器和反馈电压控制器上。声卡控制器适于使用反馈回路来测量电压输出极限并测量放大器的电压输入极限。反馈回路只有在测量电压输出极限时才被激活。另外，声卡控制器把放大器输出的信号的电压限制到电压输出极限(最大)并把经过输入电压控制器处理的输入电压限制到电压输入极限(最大)。

参照下面的说明和附图，本发明的这些和其他的方面和目标将被更好地理解。然而应该明白，下文的说明尽管说明了本发明优选实施例及其许多特定的细节，却是作为说明而不是限制给出的。可在本发明的范围内作出许多改变和修改，而不脱离本发明的精神，并且本发明包括所有这些修改。

附图说明

参照附图，可以从下文的说明中更好地理解本发明，其中：

图1是一个示出本发明的实施例的流程图；

图2是一个声卡的示意图；

图3是一个声卡的示意图；以及

图4是一个声卡的示意图。

具体实施方式

参照在附图中被示出并在下面的说明中被祥述的非限定性的实施例，本发明以及它的不同特征和有利细节被更充分地说明。需要指出的是，附图中所示的特征不一定是按比例画出的。省略了对众所周知的组件和处理技术的说明以避免其不必要地掩盖本发明。这里所使用的例子仅仅是用来方便理解本发明实施的方式并更使本领域技术人员实施本发明。因此，这些例子不能被认为是对本发明范围的限制。

本公开提出一种限制向计算机声卡的输入和从计算机声卡的输出的方法，并在图1中以流程图的形式示出。在步骤100，使用反馈回路将声卡放大器的输出端连接在该放大器的输入端上。该方法接着把放大器的输出电压调整到最大电压(步骤102)并在步骤104给放大器提供一个信号。接着，在步骤106，本发明将反馈连接的电压从最低电压增加直到出现过饱和状态。当信号频率的谐波(例如噪音)开始从放大器中输出时，出现“过饱和状态”。接着，本发明微幅地降低反馈连接的电压直到该谐波刚好停止从放大器中输出(步骤108)。在步骤110该电压被记录为“输出电压极限”。输出电压极限是上限或者最大值，并因此，放大器的输出电压被限制为等于或者低于该输出电压极限。

然后在步骤112终止反馈连接，并且将提供给放大器的信号电压从最低电压开始增加直到再次出现过饱和状态(步骤114)。同样，在步骤116将信号电压降低直到谐波刚好停止从放大器中输出。在步骤118将该电压记录为“输入电压极限”。输出电压极限是上限或者最大值，因此，放大器的输出电压被限制为等于或者低于该输出电压极限。

可使用与用来发现输入电压极限不同频率的信号来发现输出电压极限。通常，输出电压极限高于输入电压极限。

例如，输入信号饱和点可以是200毫伏而输出信号饱和点可以是600毫伏。在本例中，本发明将连接反馈回路并发现如上所述的600毫伏的输出饱和点(电压极限)。接着，反馈回路将被断开连接，并且放大器的输出电压将被限制到600毫伏。接着，如上所述，将发现200毫伏的输入饱和点(电压极限)，而放大器限制到600毫伏。这个过程调节或者校准声卡。一旦声卡被正确调节，所有的输入信号被限制到200毫伏并且所有的输出信号被限制到600毫伏。因此，如果收到超过200毫伏的输入信号，本发明使用一个输入电压控制器来把电压降低到200毫伏。相反，如果输入信号低于200毫伏，就使用输入电压控制器来把电压增加到200毫伏。同样地，如果放大器的输出高于600毫伏，本发明就降低放大以使输出电压等于或者低于600毫伏。同样，如果放大器的输出低于600毫伏，本发明就增加放大器的输出直到约600毫伏。通过使输入信号不超过200毫伏，声卡控制器能把放大器的输出信号调整到直到600毫伏而不用担心向用于编码的原始信号增加太多的噪音谐波。

本发明也可以使用处于不同频率步幅的信号组重复该方法以发现输出电压极限和输入电压极限。自动调整功能能执行几个不同声音音调的测试以最好地确保所有的输入饱和点均低于会损害所产生的数字输出的任何失真水平。例如，可执行一个范围从20赫兹到20,000赫兹、以500赫兹为增量的阶梯式测试以检验各水平。

因此，在判断框120，如果由于还有其他的频率步幅要被评估，将执行重复，那么处理循环返回到步骤100以确定下一个频率步幅的输入和输出电压极限。在为这些不同的频率步幅记录不同的输出电压极限和输入电压极限后，本发明然后能够根据正在输入到声卡中的信号的频率的范围调整输入到放大器或者从放大器输出的电压的极限。或者，可将一个算法应用于不同的频率步幅的输入和输出电压极限。因此，例如，本发明可以发现不同的输入和输出电压极限的平均值、中值和标准偏差等，并用这些统计值中的一个或者多个来控制正被输入到声卡的信号。

在步骤120，每当可能影响声卡性能的环境条件变化时，也可重复本方法。因此，可以周期性地，或者当声卡的温度变化超过一个预定的变化极限时，或者其他相类似的变化出现时可重复该过程。

声卡在正常的运行期间被用来处理(纪录、编码、播放、传输等等)音频信号，而该方法在不处理音频信号的非运行期间(例如校准期间)被执行。因此，反馈连接仅在发现输出电压极限时使用而在运行周期不使用。该方法通过调整放大器或者输入电压控制器来保持放大器的输出电压尽可能地接近输出电压极限。可以使用自动的和人工的方法来启动设定声卡的极限或者阈值设置。这样，如果一个人想在声音捕获之间重新设置声卡并再次检查它，他就可以那样做。

在图2至图4中示出了与本发明方法一起使用的本发明声卡的一个非限定性的例子。如图2所示，该声卡可包括至少一个滤波器108，和至少一个连接在声卡的输入端114-124(例如电视(TV)输入端114、光盘(CD)输入端116、麦克风输入端118、电话线输入端120、辅助输入端122、124等等)和声卡的输出端130-140(例如电视(TV)输出端130、光盘(CD)输出端132、扬声器输出端134、电话线输出端136和辅助输出端138、140等等)上的放大器104。至少一个反馈回路150连接在放大器104的输入端和输出端上，并且反馈控制器152位于反馈回路150中。至少一个输入电压控制器110连接在声卡的输入端114-124和放大器104的输入端之间。许多和本发明无关的标准的声卡特征和结构在这里的图和讨论中被省略，以便集中在本发明的显著特征上。

反馈电压控制器152和输入电压控制器110包含足以改变信号线上的电压的逻辑电路、电阻、晶体管、放大器等等。因此，反馈电压控制器152有能力改变电阻以改变反馈回路150上的电压和/或者中断反馈回路150的电连接(有效地把反馈回路150从放大器输入端和放大器输出端断开)。同样地，输入电压控制器110有能力改变正从声卡输入端114-124输入的信号的电压。

另外，至少一个声卡控制器102被连接在输入电压控制器110，放大器104和反馈电压控制器152上。利用如图1所示的处理，该声卡控制器102适于通过使用反馈回路150来测量电压输出极限，并测量放大器104的电压输入极限。例如，该声卡控制器102包括足以执行如图1所示的处理的微处理器、静态和/或者随机存储器和逻辑电路。

如上所述，反馈回路150仅当测量电压输出极限时被激活。另外，声卡控制器102把放大器104输出的信号电压限制到输出电压极限(最大值)并把通过输入电压控制器110处理的输入电压限制到输入电压极限(最大值)。

图3示出了一个其中该结构包含有多个反馈回路306-130的实施例。每个反馈回路被连接在相应的一对所述声卡输入端和所述的声卡输出端上(例如，对114，130；对114，132；对118，134)。图4示出了一个类似的结构，其中每对输入端和输出端包括一个专用的放大器(300，310，320)、滤波器(302，312，322)、反馈电压控制器(304，314，324)、输入电压控制器(306，316，326)等等。

因此，如上所述，本发明调节音频计算机声卡以确保用于压缩或一般数字记录的最佳质量的音频处理。本发明为声卡设立电压阈值来提供尽可能优良的输出信号。本发明发现和控制卡的独特的饱和阈值。发现声卡端口的输入饱和点和输出饱和点提供了上下极限来确保最佳质量的捕获。通过停留在接近于或者低于输入饱和点，声卡将向原始信号添加最小的噪音。不超过声卡的输出饱和点同样会这样。结合两方面的信息使得本发明能够容易地将输入设备信号保持在声卡的极限范围内。

例如，本发明可以用来捕获来自麦克风输入或者前置放大器的人类声音，其中每个输入将通过本发明被预测试和设置到最佳运行状态。在做任何实际捕获之前，每个输入设备的独特的输入电压将被检验和校准以获得最佳的运行设置。在该实例中，将使用300-3300赫兹的范围来测试和设置声卡以与人类声音相适应。把声卡设置为正确运行范围的结果提供了人类声音的最高清晰度。这使得用户能把音频压缩到低得多的带宽，或者提供更容易的语言翻译，或者帮助有听力障碍的人。

当把本发明用于音乐捕获时，可以使用用于人类听觉的20-20,000赫兹的范围来进行实例测试和设置。把声卡设置为正确运行范围将能提供最高级别的音乐数记录。这使得用户能把音频压缩到低得多的带宽级别、因特网音乐话语片段(sound bite)、或者网播(webcasting)。

在压缩后处理中，重要的是知道现今音乐、视频和声音摘要是以压缩的格式在几乎所有的情况下通过因特网传播的。压缩音频的问题是，如果任何噪音随着原始信号被捕获，则压缩的最终版本将非常差。本发明有助于在压缩之前防止额外的噪音。由于本发明的设计的一部分是提供尽可能清洁的信号，所产生的处理后压缩信号也是尽可能高质量的。当从独特的输入捕获时，在做任何实际捕获之前，电压将被检查并校准到最佳运行设置。测试的频率范围可根据将要使用的压缩的类型而变化。把声卡设置为正确的运行范围的结果再次提供了声音的最高级别的重记录或者捕获。这使得用户能把音频从诸如MP3或者网播的原始信号压缩到低得多的带宽。

IP上的语音(IP over IP)电话的使用是上个十年出现的最重大的新兴技术之一。使用这种技术的问题在于，音频的压缩总被设计成为了非常低的带宽级别，这意味着来自麦克风设备的输入信号必须失真非常小，否则当压缩发生时，所产生的压缩输出的清晰度将非常差。本发明有助于防止压缩之前的任何额外噪音。由于本发明的设计的一部分是提供尽可能清洁的信号，所产生的处理后压缩信号也是尽可能高质量的。在该实例中，将使用300-3300赫兹的范围来测试和设置声卡。把声卡设置为正确的运行范围的结果再次提供了用于传输的音频的最高级别的重记录或者捕获。

视频会议的使用是上个十年出现的另一新兴技术。再次地，使用这种技术的问题在于，音频的压缩总被设计成为了非常低的带宽级别，这意味着来自麦克风设备的输入信号必须失真非常小，否则当压缩发生时，所产生的压缩输出的清晰度将非常差。本过程有助于防止压缩之前的额外的噪音。由于本发明的设计的一部分是提供尽可能清洁的信号，所产生的后处理压缩信号也是尽可能高质量的。

尽管本发明已经以最佳实施例的方式被描述，本领域的技术人员将知道可在所附的权利要求的精神和范围内以修改的形式实施本发明。

Claims (29)

1.一种声卡，包括：

至少一个放大器，其具有至少一个放大器输入端和至少一个放大器输出端；

至少一个连接在所述放大器输入端上的声卡输入端；

至少一个连接在所述放大器输出端上的声卡输出端；

至少一个连接在所述放大器输入端和所述的放大器输出端上的反馈回路；

在所述反馈回路中的反馈电压控制器；以及

至少一个连接在所述声卡输入端和所述放大器输入端间的输入电压控制器。

2.如权利要求1所述的声卡，还包括至少一个连接在所述输入电压控制器、所述放大器和所述反馈电压控制器上的声卡控制器。

3.如权利要求2所述的声卡，其中所述声卡控制器适于使用所述反馈回路来测量电压输出极限。

4.如权利要求3所述的声卡，其中所述声卡控制器适于把所述放大器输出的信号的电压限制到所述电压输出极限。

5.如权利要求3所述的声卡，其中所述反馈回路仅在测量所述电压输出极限时被激活。

6.如权利要求2所述的声卡，其中所述声卡控制器适于测量所述放大器的电压输入极限。

7.如权利要求6所述的声卡，其中所述声卡控制器适于把经过所述输入电压控制器处理的输入电压限制到所述电压输入极限。

8.一种声卡，包括：

至少一个放大器，其具有至少一个放大器输入端和至少一个放大器输出端；

多个连接在所述放大器输入端上的声卡输入端；

多个连接在所述放大器输出端上的声卡输出端；

多个反馈回路，其中每个反馈回路被连接在相应的一对所述声卡输入端和所述声卡输出端上；

在每个所述反馈回路中的反馈电压控制器；以及

至少一个连接在所述声卡输入端和所述放大器输入端间的输入电压控制器。

9.如权利要求8所述的声卡，还包括至少一个连接在所述输入电压控制器、所述放大器和所述反馈电压控制器上的声卡控制器。

10.如权利要求9所述的声卡，其中所述声卡控制器适于使用所述反馈回路来测量电压输出极限。

11.如权利要求10所述的声卡，其中所述声卡控制器适于把所述放大器输出的信号的电压限制到所述电压输出极限。

12.如权利要求11所述的声卡，其中所述反馈回路仅在测量所述电压输出极限时被激活。

13.如权利要求9所述的声卡，其中所述声卡控制器适于测量所述放大器的电压输入极限。

14.如权利要求13所述的声卡，其中所述声卡控制器适于把经过所述输入电压控制器处理的输入电压限制到所述电压输入极限。

15.一种限制从计算机声卡的输出的方法，所述方法包括：

使用反馈连接把声卡放大器的输出端连接在所述放大器的输入端上；

向所述放大器提供具有一频率的信号；

将所述反馈连接的电压从最低电压开始增加直到出现过饱和状态，这时，所述频率的谐波开始从所述放大器输出；

降低所述反馈连接的所述电压直到所述谐波停止从所述放大器输出，并把所述电压记录为输出电压极限；以及

把所述放大器的所述输出电压限制到所述输出电压极限。

16.如权利要求15所述的方法，还包括使用处于不同频率步幅的所述信号的组重复所述方法来发现所述输出电压极限。

17.如权利要求16所述的方法，还包括根据正被输入到所述声卡的信号的频率范围调整从所述放大器输出的电压的极限。

18.如权利要求15所述的方法，还包括至少在下述之一的情况重复所述方法：

当所述声卡温度的变化超过预定的温度变化极限时；以及

周期性地。

19.如权利要求15所述的方法，其中所述声卡在运行期间用来处理音频信号，而所述方法在不处理音频信号的非运行期间被执行；以及

所述反馈连接仅在发现所述输出电压极限时被使用，而在所述运行期间不被使用。

20.如权利要求15所述的方法，还包括通过调整所述放大器和输入电压控制器之一来维持所述放大器的输出电压尽可能地接近所述输出电压极限。

21.如权利要求15所述的方法，还包括在向所述放大器提供所述信号之前，把所述放大器的输出电压调整到最大电压。

22.一种限制向计算机声卡的输入和从计算机声卡的输出的方法，所述方法包括：

使用反馈连接把声卡放大器的输出端连接在所述放大器的输入端上；

把所述放大器的输出电压调整到最高电压；

向所述放大器提供具有一频率的信号；

将所述反馈连接的电压从最低电压开始增加直到出现过饱和状态，这时，所述频率的谐波开始从所述放大器输出；

降低所述反馈连接的所述电压直到谐波停止从所述放大器输出，并把所述电压记录为输出电压极限；

断开所述反馈连接；

把所述放大器的所述输出电压限制到所述输出电压极限；

将正被提供给所述放大器的所述信号的电压从最低电压开始增加直到出现所述过饱和状态；

降低所述信号的所述电压直到所述谐波停止从所述放大器输出，并把该电压记录为输入电压极限；以及

把提供给所述放大器的输入限制到所述输入电压极限。

23.如权利要求22所述的方法，还包括使用处于不同频率步幅的所述信号的组重复所述方法来发现所述输出电压极限和所述输入电压极限。

24.如权利要求23所述的方法，还包括根据正被输入到所述声卡的信号的频率范围调整向所述放大器输入和从所述放大器输出的电压的极限。

25.如权利要求22所述的方法，还包括至少在下述之一的情况重复所述方法：

当所述声卡温度的变化超过预定的温度变化极限时；以及

周期性地。

26.如权利要求22所述的方法，其中所述声卡在运行期间用来处理音频信号，而所述方法在不处理音频信号的非运行期间被执行；以及

所述反馈连接仅在发现所述输出电压极限时被使用，而在所述运行期间不被使用。

27.如权利要求22所述的方法，还包括通过调整所述放大器和输入电压控制器之一来维持所述放大器的输出电压尽可能地接近所述输出电压极限。

28.如权利要求22所述的方法，其中使用与用来发现所述输入电压极限不同频率的信号来发现所述输出电压极限。

29.如权利要求22所述的方法，其中所述输出电压极限高于输入电压极限。

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