CN101697603A - 测量左右声道相位差的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种测量左右声道相位差的方法和装置，方法包括步骤：用信号发生器生成频率为F的被测信号和频率为F1＝(n/(n-1))*F的标尺信号；基准周期相位差为ΔΦ₀的被测信号和标尺信号分别输入待测设备左右声道的输入端口；用双踪示波器显示经待测设备处理后的输出信号，找到标尺信号中与基准周期相距m个周期与被测信号相位差为0，则输出的被测信号和标尺信号相位差ΔΦ＝m/n*360°，其符号右偏取正、左偏取负，左右声道的相位差为ΔΦ-ΔΦ₀。装置包括待测设备，还包括：左右声道相位差测试信号发生器、双踪示波器。本发明使用装有上述测试信号的信号发生器和双踪示波器即可实现左右声道相位差的测量，因此测量成本低、精度高。

Description

测量左右声道相位差的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种测量的方法和装置，特别涉及一种测量左右声道相位差的方法和装置。

背景技术

当音频设备由单声道发展到双声道时，衡量声音质量的指标除各单独声道的指标外，增加了三项与左右声道之间差别相关的指标，即左右声道增益差、相位差和串扰。增益差和串扰仍然可以先分别测量各声道的输出电平，再通过一定运算而得到。唯相位差必须同时检测两个声道的信号才能测得它们的相对差别。原则上可用双踪示波器同时检测两个声道的信号波形，进行比较而得到相位上的差别，这样的比较，虽然可察觉相位差的存在，但是不可能得到相位差的具体数值的。由于设备的指标甚高(≤5°)，以至于判定合格与否也难做到。专门用来测量音频信号质量的仪器叫“音频分析仪”，我国能生产此类设备，并有该设备的相关的标准，但只适用于单声道，不具备测量相位差的功能。只有若干种进口的多(双)声道音频分析仪才能测量此项目，价格极其昂贵，大大增加了测试成本。因此急迫需要寻找测量成本低、精度高的左右声道相位差测量新方法和装置。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种测量成本低、精度高的测量左右声道相位差的方法和装置。

本发明测量左右声道相位差的方法，其中：包括步骤：

A、用信号发生器生成频率为F的被测信号和频率为F1＝(n/(n-1))*F的标尺信号；

B、基准周期相位差为ΔΦ₀的被测信号和标尺信号分别输入待测设备左右声道的输入端口，所述ΔΦ₀为0或已知数值；

C、用双踪示波器显示经待测设备处理后的输出信号，找到标尺信号中与基准周期相距m个周期与被测信号相位差为0，则输出的被测信号和标尺信号相位差ΔΦ＝m/n*360°，其符号右偏取正、左偏取负，左右声道的相位差为ΔΦ-ΔΦ₀。

本发明测量左右声道相位差的方法，其中：标尺信号的基准周期内的波腹设有原点标记。

本发明测量左右声道相位差的方法，其中：原点标记为波形上的高频记号、缺口、突起、幅度的高低差异之一。

本发明测量左右声道相位差的方法，其中：被测信号的频率F为997Hz。

本发明测量左右声道相位差的方法，其中：n等于90、180、360、720之一。

本发明测量左右声道相位差的方法，其中：待测设备为双声道音频放大器或由音频编码单元、复用单元、信道编码单元、调制发射单元、接收解调单元、信道解码单元、解复用单元、音频解码单元构成的***。

本发明测量左右声道相位差的方法，其中：待测设备为多声道设备，将F1置于某一特定声道，其它声道置F，用双踪示波器可直接测出其它声道相对于特定声道的相位差，将它们各自相对于特定声道的相位差带符号相减即可得到它们之间的相位差。

本发明测量左右声道相位差的装置，包括待测设备，其中，还包括：

左右声道相位差测试信号发生器，用于生成频率为F的被测信号和频率为F1＝(n/(n-1))*F的标尺信号，基准周期相位差为ΔΦ₀的被测信号和标尺信号分别输入待测设备左右声道的输入端口，所述ΔΦ₀为0或已知数值；

双踪示波器，连接至待测设备左右声道的电路输出端，用于显示经待测设备处理后的输出信号，找到标尺信号中与基准周期相距m个周期与被测信号相位差为0，则输出的被测信号和标尺信号相位差ΔΦ＝m/n*360°，其符号右偏取正、左偏取负，左右声道的相位差为ΔΦ-ΔΦ₀。

本发明测量左右声道相位差的装置，包括待测音频解码设备，其中，还包括：

编码的左右声道相位差测试信号发生器，用于生成频率为F的被测信号和频率为F1＝(n/(n-1))*F的标尺信号，基准周期相位差为ΔΦ₀的被测信号和标尺信号分别输入音频编码器，音频编码器的输出信号输入待测音频解码设备的输入端口；

双踪示波器，连接至待测音频解码设备左右声道的电路输出端，用于显示经待测音频解码设备处理后的输出信号，找到标尺信号中与基准周期相距m个周期与被测信号相位差为0，则输出的被测信号和标尺信号相位差ΔΦ＝m/n*360°，其符号右偏取正、左偏取负，左右声道的相位差为ΔΦ-ΔΦ₀。

本发明测量左右声道相位差的装置，其中：音频编码器复合在TS流编码器中或是各种数字与模拟音频编码器。

本发明测量左右声道相位差的方法和装置使用装有上述测试信号的信号发生器和双踪示波器即可实现左右声道相位差的测量，因此测量成本低、精度高。

附图说明

图1是左右声道频率同为F时的波形；

图2是A声道为F1，B声道为F，无相位差时的情况；

图3是A声道为F1，B声道为F，并有微小相位差的情况；

图4是本发明测量左右声道相位差的装置的基本测量电路框图；

图5是音频解码设备左右声道相位差测量电路框图；

图6是根据和信号波形确定特征点位置示意图；

图7是根据F、F1重叠波形的对称性确定特征点位置示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明测量左右声道相位差的方法和装置作进一步说明。

一、左右声道相位差测量方法的原理

图1是左右声道频率同为F时的波形(其中一个声道作了反向处理)，如果两者相位差为0，上(B声道)下(A声道)波形的波谷和波腹全部对齐，若它们之间有微小的相位差ΔΦ(如图1所示)，波谷和波腹则不再对齐，每个周期偏移却全都相同。由于偏移一个周期为360°，360°内的偏移量全凭操作者观测波形估计，因此直接根据偏移的大小来测定ΔΦ是很困难的，难以达到较高的测量精度，尤其是要观测正负5°以内的相位差则更为困难。

若将A声道的频率稍稍提高到F1，使B声道F的n-1个周期内F1有n个周期，即F1＝(n/(n-1))*F，如图2所示，当基准周期(即用于比较两者相位差的周期，也是原点所在的周期)相位差为0时，原点处F1的波腹与F的波谷对齐，之后将不再对齐，且偏移越来越大，直到F1的第n个波腹正好与F的第(n-1)个波谷对齐。当基准周期相位差为ΔΦ时，如图3所示，原点F1的波腹与F的波谷就不对齐了，但可找到F1的与原点相距m(图中m＝3)个波腹与F的波谷对齐(以下称特征点)，由于F1的n个波腹对应于相移360°，m对应于相移m/n个360°(ΔΦ＝m/n*360°)。由此可见，只要对F1和F的原点做上标记，数出特征点离原点有多少个周期，就可以得到相位差的具体角度，并根据位移的方向判定谁超前谁落后。我们称F为被测信号，F1为标尺信号。由以上分析可知，本测量方法的关键点在于用确定特征点的偏移来替代微小的难以确定的直接偏移。由于特征点的偏移相对于直接偏移“放大”了n倍，使精确测量成为可能。

需要指出的是，根据上述原理，被测信号和标尺信号在输入待测设备之前基准周期最好是相位差为0，此时比较待测设备输出的F1和F相位差ΔΦ＝m/n*360°就是左右声道的相位差，其符号右偏取正、左偏取负；如果被测信号和标尺信号在输入待测设备之前基准周期不是0，也应当是已知数值ΔΦ₀，此时如果待测设备输出的被测信号和标尺信号相位差ΔΦ＝m/n*360°，其符号右偏取正、左偏取负，左右声道的相位差为ΔΦ-ΔΦ₀。

二、测试信号各项参数的选择

1)频率F

频率F往往由测量标准所规定。按我国的标准，像国外许多标准一样，F为997Hz。

但原则上说，F可取要求测量的任何音频频率。

2)n的取值

原则上说，n越大，读数越精确。例如，分别取n等于90、180、360和720，m每变化1，对应的ΔΦ为4°、2°、1°和0.5°。实际上，n如果取更大的值，不同m的波形之间的差别就太小，难以确定特征点的位置，而且数出波形的个数也越发困难，反而无法正确读数。n应根据精度和便于读数两者折衷地选取，如本发明中选取90、180、360和720。

3)区段重复

参照图2，按一、左右声道相位差测量方法的原理所述之连续信号，由标记点相对偏移中所含周期的个数可确定相位差所含360°的个数，不足360°的部分，由m来确定，因此量程可无限地大。但要使示波器抓住原点并稳定地显示频率不同的两个信号的完整波形是十分困难的，或者说实际上是不可能的。然而，要求的量程其实甚小，比如指标为5°的情况下，±10°之内读出确切的结果，±10°之外告知相位差超过±10°即满足要求了。因此可以不必使用连续信号，只要选取包含原点及其两边一定周期的信号并使其不断重复就可以了。区段的长短由精度和量程共同决定。

4)标记的制作

计数原点的标记是必备的，当量程在360°之内，原点的相对偏移不会超出1个周期，标记只要做在标尺信号F1上就可以了。标记的作用仅在于使作为原点的波腹与其它一般波腹区分开来，因此可采用任何可行的方式，例如图2和图3中采用了高频记号，其它如幅度的高低、缺口/突起等等都可选用，这些标记使用一般的信号发生器编程即可实现。如果重复区间内波形周期太多，那么在F1原点的两旁每10个波腹上还可做上副标记以方便m的计数，当然它们应与原点标记有所区别。

三、测试信号实例

1、F为997Hz(相关标准要求)；

2、取n＝360，则m＝1时，ΔΦ＝1°；

3、F1＝n/(n-1)F＝999.777159Hz；

4、重复区间取25ms(每秒重复40次)，区间中央为F1的波腹，F的波谷，F和F1持续24ms，约有24个周期(量程可以达到正负12°)，前后各有0.5ms无信号的间隙；

5、信号的正常幅度为20dBFS(1/10的满刻度)，F1原点的波腹上有一缺口作为标记，两旁第10个波腹上也有较浅的缺口作为副标记，而且1s有标记1s无标记，如此既指明了原点位置，又能判定无标记时波形的真切形状。

四、测量方法

1、测量电路的连接

图4是本发明测量左右声道相位差的装置的基本测量电路框图；相位差为0的测试信号F1和F分别接到待测设备的左(L)右(R)两路的输入端口。用双踪示波器(例如RIGOL DS1102C)显示经待测设备处理后的输出信号，测量所得之相位差即为待测设备所造成的相位差。

图4中的“待测设备”，概念上是泛指的，它可以是单一设备(例如双声道音频放大器)，也可以是由若干单元(简繁不一)组合而成的***(复杂的***如：音频编码单元、复用单元、信道编码单元、调制发射单元——接收解调单元、信道解码单元、解复用单元、音频解码单元构成的***)，但此组合***共同特征是具有两路音频信号进口和两路音频信号出口。本测量方法适用于任何符合以上描述的待测设备(***)而不涉及其具体构成，都采用符合上述规定的F1和F作为测试信号，用双踪示波器特征点的偏移来读取输出信号的相位差ΔΦ。当被测对象仅为被测***中某个单元时，那么其余单元的相位差应确保为0，或至少应是已知值ΔΦ₀，那么被测单元的相位差即为ΔΦ或(ΔΦ-ΔΦ₀)。有时，测试信号就在包含在测量***的某个单元里，图5是测量音频解码器的一种实用测量***，图中，“编码的左右声道相位差测试信号发生器”实际上就是上述规定的左右声道相位差测试信号与音频编码器(例如TS流发生器中的音频编码器或各种数字及模拟音频编码器)的组合。

本方法也适用于多声道场合。例如在L(左)、C(中)、R(右)，SL(左后)，SR(右后)的5声道场合下，可将F1置于声道C，其它4声道置F，则用双踪示波器可直接测出L、R、SL、SR各自相对于C的相位差，若要测量它们之间的相位差，则将它们各自相对于C的相位差相减(带符号)即可得到。

2、由示波器波形读取相位差的具体步骤

1)正确连接和调整：将F1信号(双声道的L输出，5声道的C输出)接示波器A输入，F信号(双声道的R输出，5声道的L/R/SL/SR输出)接示波器B输入，正确调节示波器的同步、增益、位置等诸项参数，以得到稳定的两路波形。

2)读取测量结果

(1)示波器具有相加功能的场合

此时应优先启动此项功能，在屏幕上得如图6所示的3条波形，它们从上到下分别为F、和信号(F+F1)、F1，微调A或(和)B通道的增益，使和信号的波形幅度最小。仔细判定波形幅度最小的位置，如一段范围内幅度同为最小，则判其中点为幅度最小位置，该点即为特征点的位置。数出从原点到特征点之间所含波形周期的个数，即为所测相位差的数值，单位为“(360°/n)”(实施例中，由于n＝360，单位正好为“1°”)，当特征点在原点右边时，F的相位比F1超前，取正号，反之则为负。如果相位差较大，原点到特征点的距离较大，用原点读数就不甚方便，此时特征点离某副标记会较近，以此副标记的读数为参考再作相应的修正就比较方便。

(2)示波器无相加的功能的场合

如图7那样，将显示波形尽量展宽(如可能启用展宽功能)并使上下波形稍稍相叠，仔细比较各重叠的波形的对称程度，最对称(交叉点的连线最水平，最高最低点连线最垂直)的即为特征点的位置，如有多个重叠波形都判为最对称，那么它们的中点判定为特征点的位置。水平移动波形位置，数出特征点相对于原点偏移的波形周期个数，按上述同样的规则，确定测量结果。

3)实施例的读数一则

由图6的和波形可见，在向右离原点2.5到4.5个周期范围内，波形幅度都显最小，于是判定特征点对原点右偏3.5。由于实施例中n＝360，因而相位差为+3.5°，即F比F1超前3.5°。

仔细判读图7的波形，第2、3、4、5个重叠波形的对称性较好，如再加宽后仔细比较，3、4对称性更好，结果都是特征点右偏3.5，相位差为+3.5°，与上述结果相一致。

实际上上述被测信号F、F1是用软件数字生成的，设计相位差为3.74°，测量结果的误差在0.5°之内，最坏的估计误差也超不过1°，完全达到实际使用的要求。实现了测量成本低、精度高、能用通用仪器测量左右声道相位差的预定目标。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种测量左右声道相位差的方法，其特征在于，包括步骤：

A、用信号发生器生成频率为F的被测信号和频率为F1＝(n/(n-1))*F的标尺信号；

B、基准周期相位差为ΔΦ₀的被测信号和标尺信号分别输入待测设备左右声道的输入端口，所述ΔΦ₀为0或已知数值；

C、用双踪示波器显示经待测设备处理后的输出信号，找到标尺信号中与基准周期相距m个周期与被测信号相位差为0，则输出的被测信号和标尺信号相位差ΔΦ＝m/n*360°，其符号右偏取正、左偏取负，左右声道的相位差为ΔΦ-ΔΦ₀。

2.根据权利要求1所述的测量左右声道相位差的方法，其特征在于：标尺信号的基准周期内的波腹设有原点标记。

3.根据权利要求2所述的测量左右声道相位差的方法，其特征在于：原点标记为波形上的高频记号、缺口、突起、幅度的高低差异之一。

4.根据权利要求3所述的测量左右声道相位差的方法，其特征在于：被测信号的频率F为997Hz。

5.根据权利要求4所述的测量左右声道相位差的方法，其特征在于：n等于90、180、360、720之一。

6.根据权利要求5所述的测量左右声道相位差的方法，其特征在于：待测设备为双声道音频放大器或由音频编码单元、复用单元、信道编码单元、调制发射单元、接收解调单元、信道解码单元、解复用单元、音频解码单元构成的***。

7.根据权利要求5所述的测量左右声道相位差的方法，其特征在于：待测设备为多声道设备，将F1置于某一特定声道，其它声道置F，用双踪示波器可直接测出其它声道相对于特定声道的相位差，将它们各自相对于特定声道的相位差带符号相减即可得到它们之间的相位差。

8.一种测量左右声道相位差的装置，包括待测设备，其特征在于，还包括：

左右声道相位差测试信号发生器，用于生成频率为F的被测信号和频率为F1＝(n/(n-1))*F的标尺信号，基准周期相位差为ΔΦ₀的被测信号和标尺信号分别输入待测设备左右声道的输入端口，所述ΔΦ₀为0或已知数值；

双踪示波器，连接至待测设备左右声道的电路输出端，用于显示经待测设备处理后的输出信号，找到标尺信号中与基准周期相距m个周期与被测信号相位差为0，则输出的被测信号和标尺信号相位差ΔΦ＝m/n*360°，其符号右偏取正、左偏取负，左右声道的相位差为ΔΦ-ΔΦ₀。

9.一种测量左右声道相位差的装置，包括待测音频解码设备，其特征在于，还包括：

编码的左右声道相位差测试信号发生器，用于生成频率为F的被测信号和频率为F1＝(n/(n-1))*F的标尺信号，基准周期相位差为ΔΦ₀的被测信号和标尺信号分别输入音频编码器，音频编码器的输出信号输入待测音频解码设备的输入端口；

双踪示波器，连接至待测音频解码设备左右声道的电路输出端，用于显示经待测音频解码设备处理后的输出信号，找到标尺信号中与基准周期相距m个周期与被测信号相位差为0，则输出的被测信号和标尺信号相位差ΔΦ＝m/n*360°，其符号右偏取正、左偏取负，左右声道的相位差为ΔΦ-ΔΦ₀。

10.根据权利要求9所述的测量左右声道相位差的方法，其特征在于：音频编码器复合在TS流编码器中或是各种数字与模拟音频编码器。

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