CN102684620A

CN102684620A - 分段线性增益方法

Info

Publication number: CN102684620A
Application number: CN2011100656962A
Authority: CN
Inventors: 许家桂
Original assignee: Shisu Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Shisu Science & Technology Co Ltd; Tenx Technology Inc
Priority date: 2011-03-16
Filing date: 2011-03-16
Publication date: 2012-09-19

Abstract

一种分段线性增益方法，应用于语音装置的一输出功率增益，通过接收该语音装置的一音源输入信号，并以分段线性方式放大该音源输入信号的振幅，以产生一增益的音源输出信号。该分段线性增益方法的步骤包含：首先，判断该音源输入信号振幅的分段区间。接着，根据该音源输入信号振幅的分段区间的对应增益与修正偏移量，计算该音源输出信号振幅。藉此，通过分段线性方式判断所接收的音源输入信号振幅的分段区间以及对应增益与修正偏移量，以提供该语音装置产生低失真度的输出功率增益，并且获得较高的输出功率增益。

Description

分段线性增益方法

技术领域

本发明涉及一种线性增益方法，尤其涉及一种应用于语音装置的输出功率增益的分段线性增益方法。

背景技术

语音装置的语音数据处理电路***，通常具有前级放大器、调变器以及后级放大器的电路架构。其中，放大器是用以调整数据的振幅，以决定平均输出功率。请参见图1为现有线性增益的输入输出关系曲线图。如此的作法，主要是为了得到较高的平均输出功率。通过该种增益方式提供输出功率增益，对于较大输入信号的振幅增益而言，将会得到被截波的输出信号，如此，将会影响放音的质量。

中国台湾专利201014164揭露一种分段线性转换方法。请参见图2A为现有一种分段线性转换装置电路示意图；另外，图2B为现有分段线性三角波信号与模拟信号的波形示意图。如图2A所示，此分段线性转换是利用一比较器10A的负输入端接收一分段线性三角波信号，正输入端接收一参考信号，参考信号可为弦波信号或模拟信号，且分段线性三角波信号的每一个三角波为具有至少三段不同斜率的波形。如图2B所绘制的三角波波形图，具有六段斜率的波形。接着依据此三角波信号与参考信号交错的电压点，以及三角波信号的斜率变化，将参考信号进行脉波宽度调变转换以输出一脉波宽度调变信号。此外，图2B的三角波信号除了具有六段斜率的波形外，且其接近波峰或波谷处的斜率，其绝对值是大于其余处的斜率，点a、b、c、d是代表斜率变化的电压点。

在三角波信号的每一个三角波中，当介于三角波信号与模拟信号交错的两个时间点之间的时间区间为三角波信号的半个周期(T/2)，也就是模拟信号电压为V1时，脉波宽度调变信号的责任周期为50％。此外，在三角波信号，当介于三角波信号与模拟信号交错的两个时间点之间的时间区间小于三角波信号的半个周期，也就是模拟信号电压为V2时，脉波宽度调变信号的责任周期大于50％。此外，在三角波信号中，当介于三角波信号与模拟信号交错的两个时间点之间的时间区间大于三角波信号的半个周期，也就是模拟信号电压为V3时，脉波宽度调变信号的责任周期小于50％。此外，当模拟信号电压为V4时，此电压已进入较高斜率区且其电压值尚未大于三角波信号的电压峰值，在此电压区间由于三角波的斜率较大，脉波宽度随着模拟信号电压变化的幅度较小。

由上述可知，脉波宽度调变信号的责任周期会随着介于三角波信号与模拟信号交错的两个时间点之间的时间区间多少而改变。且在同一斜率区间，脉波宽度的调变幅度随着模拟信号的电压成线性变化。

该现有技术虽采用分段线性转换方法，但在数字信号转换过程中，由于采用接近波峰或波谷处的斜率大于其余处的斜率，因此，此分段线性转换方法仍将造成信号转换的失真。另外，该分段线性转换方法是利用在调变器设置的比较器以产生分段三角波信号，因此，需额外增加组件电路。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种分段线性增益方法，直接地转换音源输入信号，以获得较高的音源输出信号增益，并且能够提供低失真度的音源输入信号的输出。

为了达到上述的目的，本发明提供一种分段线性增益方法，应用于一语音装置的输出功率增益，通过接收该语音装置的一音源输入信号，并以分段线性方式放大该音源输入信号的振幅，以产生一增益的音源输出信号。该分段线性增益方法的步骤包含：首先，判断该音源输入信号振幅的分段区间，其中，该分段区间具有至少三段分段区间；接着，根据该音源输入信号振幅的分段区间的对应增益与修正偏移量，计算该音源输出信号振幅。

藉此，通过分段线性方式判断所接收的音源输入信号振幅的分段区间以及对应增益与修正偏移量，以提供该语音装置产生低失真度的输出功率增益，并获得较高的输出功率增益。

附图以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为现有线性增益的输入输出关系曲线图；

图2A为现有一种分段线性转换装置电路示意图；

图2B为现有分段线性三角波信号与模拟信号的波形示意图；

图3为本发明分段线性增益方法的流程图；

图4为本发明分段线性增益方法的音源输入信号的振幅大小、音源输出信号的振幅大小及其对应的分段区间的示意图；

图5为本发明分段区间应用于音源输入信号的示意图；及

图6为本发明分段线性增益的逻辑电路。

其中，附图标记

现有技术

10A 比较器

V1～V4 模拟信号电压

T 周期

a～d 斜率变化电压点

本发明

A 区间A

B 区间B

C 区间C

D 区间D

E 区间E

P1 第一分段点

P2 第二分段点

P3 第三分段点

P4 第四分段点

P5 第五分段点

S100～S400 步骤

102 第一乘法单元

104 第二乘法单元

106 第三乘法单元

20 第一多任务器

30 第二多任务器

40 分段区间判断单元

50 加法器

具体实施方式

兹有关本发明的技术内容及详细说明，配合附图说明如下：

请参见图3为本发明分段线性增益方法的流程图。该分段线性增益方法是应用于一语音装置的输出功率增益，通过接收该语音装置的一音源输入信号(S100)，并以分段线性方式放大该音源输入信号的振幅，以产生一增益的音源输出信号(S400)。该分段线性增益方法的步骤包含：首先判断该音源输入信号振幅的分段区间(S200)，其中，该分段区间具有至少三段分段区间，并且，该些分段区间具有下列的特性：(1)该些分段区间的增益倍率不为零；(2)接近中心振幅分段区间的增益倍率大于远离中心振幅分段区间的增益倍率；(3)接近中心振幅分段区间的增益倍率＞1。其中，上述的该中心振幅是指在现行音源文件中描述音频信号的数据通常以0为中心且数值皆非常靠近中心。

接着，根据该音源输入信号振幅的分段区间的对应增益与修正偏移量，计算该音源输出信号振幅(S300)。其中，该音源输出信号振幅的计算是利用该音源输入信号振幅与对应增益乘积，再与修正偏移量相加得之。前述该分段线性增益方法将在后文有详细的说明。

请参见图4为本发明分段线性增益方法的音源输入信号的振幅大小、音源输出信号的振幅大小及其对应的分段区间的示意图。假若以16位为例以表示该音源信号的振幅大小(包含输入与输出部分)，则该音源输入信号的振幅大小范围则介于-32768至32767之间；同样地，该音源输出信号的振幅大小范围则介于-32768至32767之间。值得一提，在此较佳实施例中，是采用五段分段区间进行对该音源输入信号的振幅做分段线性增益。

由图4可明显看出，该音源输出信号的振幅是包含5个分段区间(也即为区间A、区间B、区间C、区间D以及区间E)以及6个分段点(也即第一分段点P1(x1，y1)、第二分段点P2(x2，y2)、第三分段点P3(x3，y3)、第四分段点P4(x4，y4)、第五分段点P5(x5，y5)以及第六分段点P6(x6，y6))。

在本发明的较佳实施例中，该区间A的斜率为2、该区间B与该区间C的斜率为1、该区间D与该区间E的斜率为0.5，但不以此为限，可通过该些区间的斜率做弹性的设计，使得该分段线性增益方法能以提供不同的实施例。也即，该音源输入信号振幅的分段区间的对应增益与修正偏移量是可为弹性对应设计。

此外，请参见图5为本发明分段区间应用于音源输入信号的示意图。如图所示，现行音源文件中描述音频信号的数据，以0为中心且数值都非常靠近中心。并且，本发明分段线性增益方法所设计的分段区间是对应图上所标号A～E，对于音源输入信号振幅较小的区间A采以较大的增益倍率，而对于音源输入信号振幅较小的区间D与区间E采以较小的增益倍率。

值得一提，该分段线性增益方法所采以分段区间是具有至少三段分段区间，换言之，只要有3个分段区间(如图4所示的区间A、区间D以及区间E)即可达到本发明的技术特征。也因此，在区间A与区间D之间***区间B以及在区间A与区间E之间***区间C主要是为了提供不同区间的间斜率转换的缓冲目的，尤其当两区间之间斜率变化较大时，更需要该些缓冲区间的使用，如此，将使得落在该些斜率变换区间或其附近的音源输入信号，能通过缓冲区间达到平缓的音源输出信号。

由于区间A(也即输入范围在x1至x2之间)的斜率为2，因此，该第一分段点P1的输入值为x1，并且其对应的输出值为x1×2，因此，该第一分段点P1(x1，y1)可表示为P1(x1，x1×2)；同理，该第二分段点P2的输入值为x2，并且其对应的输出值为x2×2，因此，该第二分段点P2(x2，y2)可表示为P2(x2，x2×2)。

由于区间B(也即输入范围在x1至x3之间)的斜率为1，因此，该第三分段点P3的输入值为x3，并且其对应的输出值为x1×2+(x3-x1)×1，因此，该第三分段点P3(x3，y3)可表示为P3(x3，x1×2+(x3-x1)×1)。

由于区间C(也即输入范围在x2至x4之间)的斜率为1，因此，该第四分段点P4的输入值为x4，并且其对应的输出值为x2×2+(x4-x2)×1，因此，该第四分段点P4(x4，y4)可表示为P4(x4，x2×2+(x4-x2)×1)。

由于区间D(也即输入范围在x3至x5之间)的斜率为0.5，因此，该第五分段点P5的输入值为x5，并且其对应的输出值为x1×2+(x3-x1)×1+(x5-x3)×0.5，因此，该第五分段点P5(x5，y5)可表示为P5(x5，x1×2+(x3-x1)×1+(x5-x3)×0.5)。

由于区间E(也即输入范围在x4至x6之间)的斜率为0.5，因此，该第六分段点P6的输入值为x6，并且其对应的输出值为x2×2+(x4-x2)×1+(x6-x4)×0.5，因此，该第六分段点P6(x6，y6)可表示为P6(x6，x2×2+(x4-x2)×1+(x6-x4)×0.5)。

因此，根据上述的说明，该分段线性增益方法计算音源输出信号的振幅大小的公式如下整理：

1、当音源输入信号的振幅大小落在区间A范围内，由于此区间的斜率为2，因此，音源输出信号的振幅大小则为：

Yo＝Xi×2；

其中，上式Yo表示音源输出信号的振幅大小；Xi表示音源输入信号的振幅大小。

2、当音源输入信号的振幅大小落在区间B范围内，由于此区间的斜率为1，因此，音源输出信号的振幅大小则为：

Yo＝x1×2+(Xi-x1)×1；

其中，上式Yo表示音源输出信号的振幅大小；Xi表示音源输入信号的振幅大小；x1表示第一分段点P1的输入振幅大小。

3、当音源输入信号的振幅大小落在区间C范围内，由于此区间的斜率为1，因此，音源输出信号的振幅大小则为：

Yo＝x2×2+(Xi-x2)×1；

其中，上式Yo表示音源输出信号的振幅大小；Xi表示音源输入信号的振幅大小；x2表示第二分段点P2的输入振幅大小。

4、当音源输入信号的振幅大小落在区间D范围内，由于此区间的斜率为0.5，因此，音源输出信号的振幅大小则为：

Yo＝x1×2+(x3-x1)×1+(Xi-x3)×0.5；

其中，上式Yo表示音源输出信号的振幅大小；Xi表示音源输入信号的振幅大小；x1表示第一分段点P1的输入振幅大小；x3表示第三分段点P3的输入振幅大小。

5、当音源输入信号的振幅大小落在区间E范围内，由于此区间的斜率为0.5，因此，音源输出信号的振幅大小则为：

Yo＝x2×2+(x4-x2)×1+(Xi-x4)×0.5；

其中，上式Yo表示音源输出信号的振幅大小；Xi表示音源输入信号的振幅大小；x2表示第二分段点P2的输入振幅大小；x4表示第四分段点P4的输入振幅大小。

如上所述，本发明的较佳实施例可设定：该区间A的斜率为2、该区间B与该区间C的斜率为1、该区间D与该区间E的斜率为0.5，因此，可设计出该第一分段点P1(x1，y1)＝P1(-10240，-20480)、该第二分段点P2(x2，y2)＝P2(10240，20480)、该第三分段点P3(x3，y3)＝P3(-12289，-22529)、该第四分段点P4(x4，y4)＝P4(12289，22529)、该第五分段点P5(x5，y5)＝P5(-32768，-32768)以及该第六分段点P6(x6，y6)＝P6(32767，32767)。

故此，综合上述说明，由该第五分段点P5或该第六分段点P6可看出，通过该分段线性增益方法，可确保音源输出信号的振幅大小不会被截波，并且获得较高的输出功率增益。

下列将举例说明该分段线性增益方法计算音源输出信号的振幅大小：

1、若所接收到音源输入信号的振幅大小为980，并且，经过判断后，该音源输入信号是落在区间A范围内，因此，经过该分段线性增益方法所计算后的音源输出信号的振幅大小则为1960(也即为980×2＝1960)。

2、若所接收到音源输入信号的振幅大小为-11000，并且，经过判断后，该音源输入信号是落在区间B范围内，因此，经过该分段线性增益方法所计算后的音源输出信号的振幅大小则为-21240(也即为-10240×2+(-11000+10240)＝-21240)。

3、若所接收到音源输入信号的振幅大小为12000，并且，经过判断后，该音源输入信号是落在区间C范围内，因此，经过该分段线性增益方法所计算后的音源输出信号的振幅大小则为22240(也即为10240×2+(12000-10240)＝22240)。

4、若所接收到音源输入信号的振幅大小为-25015，并且，经过判断后，该音源输入信号是落在区间D范围内，因此，经过该分段线性增益方法所计算后的音源输出信号的振幅大小则为-28892(也即为-10240×2+(-12289+10240)×1+(-25015+12289)×0.5＝-28892)；

5、若所接收到音源输入信号的振幅大小为32555，并且，经过判断后，该音源输入信号是落在区间E范围内，因此，经过该分段线性增益方法所计算后的音源输出信号的振幅大小则为32662(也即为10240×2+(12289-10240)×1+(32555-12289)×0.5＝32662)。

此外，若当该些区间(区间A～区间E)的斜率确定，并且，该些分段点(第一分段点P1～第六分段点P6设计完成时，则上述所举例说明的音源输出信号的振幅大小则等效如下所整理的公式：

Yo＝Xi×2；

Yo＝Xi-10240；

Yo＝Xi+10240；

Yo＝Xi×0.5-16384；

Yo＝Xi×0.5+16384；

故此，该分段线性增益方法计算音源输出信号的振幅大小可通过逻辑电路实现之，请参见图6为本发明分段线性增益的逻辑电路。

该分段线性增益的逻辑电路是包含第一乘法单元102、一第二乘法单元104、一第三乘法单元106、一第一多任务器20、一第二多任务器30、一分段区间判断单元40以及一加法器50。该第一乘法单元102、该第二乘法单元104、该第三乘法单元106以及该分段区间判断单元40是分别接收该音源输入信号的振幅。该第一多任务器20与该第二多任务器30是分别具有多个数据输入端、1个数据选择端以及1个数据输出端。其中，该些数据输入端的个数是等于该分段线性增益的分段区间数。并且，以本发明的较佳实施例为例，该第一多任务器20与该第二多任务器30是分别具有5个数据输入端，其中，该些数据输入端分别标示为A～E，也同时对应该分段线性增益的分段区间A～E(请参见图4)。因此，该第一多任务器20的该数据输入端A是接收该音源输入信号的振幅与该第一乘法单元102的乘积值；该第一多任务器20的该数据输入端B与该数据输入端C是接收该音源输入信号的振幅与该第二乘法单元104的乘积值；该第一多任务器20的该数据输入端D与该数据输入端E是接收该音源输入信号的振幅与该第三乘法单元106的乘积值；该第一多任务器20的该数据选择端(未标示)是接收该音源输入信号的振幅经由该分段区间判断单元40所判断的分段区间数据。因此，该第一多任务器20的该数据输出端(未标示)则输出该第一多任务器20的该数据选择端所选择的对应的该数据输入端所接收的数据。

此外，该第二多任务器30的该些数据输入端A～E是分别接收所对应的修正偏移量(详细说明请参见后述)。该第二多任务器30的数据选择端(未标示)是接收该音源输入信号的振幅经由该分段区间判断单元40所判断的分段区间数据。因此，该第二多任务器30的该数据输出端(未标示)则输出该第二多任务器30的该数据选择端所选择的对应的该数据输入端所接收的数据。

该加法器50分别接收该第一多任务器20的该数据输出端与该第二多任务器30的该数据输出端所输出的数据，并对该些输出数据进行加法运算，如此，即得到该音源输出信号的振幅大小。

下列将举例说明该分段线性增益的逻辑电路计算该音源输出信号的振幅大小：

如上所述，本发明的较佳实施例可设定：该区间A的斜率为2、该区间B与该区间C的斜率为1、该区间D与该区间E的斜率为0.5。其中，该第一乘法单元102的值是对应该区间A的斜率为2；该第二乘法单元104的值是对应该区间B(或该区间C)的斜率为1；该第三乘法单元106的值是对应该区间D(或该区间E)的斜率为0.5。因此，可设计出该第二多任务器30的该些数据输入端A～E所接收所对应的修正偏移量分别为第一修正偏移量为0、第二修正偏移量为-10240、第三修正偏移量为10240、第四修正偏移量为-16384以及第五修正偏移量为16384。故此，在上述的条件设计下，该第一多任务器20的该数据输入端A是接收该音源输入信号的振幅Xi与该第一乘法单元102的乘积值，即Xi×2；该第一多任务器20的该数据输入端B与该数据输入端C是接收该音源输入信号的振幅Xi与该第二乘法单元104的乘积值，即Xi×1；该第一多任务器20的该数据输入端D与该数据输入端E是接收该音源输入信号的振幅Xi与该第三乘法单元106的乘积值，即Xi×0.5。

1、若所接收到音源输入信号的振幅大小为980，并且，经过该分段区间判断单元40判断后，该音源输入信号是落在区间A范围内，因此，该第一多任务器20的该数据输出端则输出该音源输入信号的振幅Xi与该第一乘法单元102的乘积值，即Xi×2＝1960。并且，该第二多任务器30的该数据输出端则输出该第一修正偏移量为0。最后，该加法器50则分别接收该第一多任务器20的该数据输出端所输出的值1960与该第二多任务器30的该数据输出端所输出的值0，并对该些输出数据进行加法运算，如此，即得到该音源输出信号的振幅大小为1960。

2、若所接收到音源输入信号的振幅大小为-11000，并且，经过该分段区间判断单元40判断后，该音源输入信号是落在区间B范围内，因此，该第一多任务器20的该数据输出端则输出该音源输入信号的振幅Xi与该第一乘法单元102的乘积值，即Xi×1＝-11000。并且，该第二多任务器30的该数据输出端则输出该第二修正偏移量为-10240。最后，该加法器50则分别接收该第一多任务器20的该数据输出端所输出的值-11000与该第二多任务器30的该数据输出端所输出的值-10240，并对该些输出数据进行加法运算，如此，即得到该音源输出信号的振幅大小为-21240。

3、若所接收到音源输入信号的振幅大小为12000，并且，经过该分段区间判断单元40判断后，该音源输入信号是落在区间C范围内，因此，该第一多任务器20的该数据输出端则输出该音源输入信号的振幅Xi与该第一乘法单元102的乘积值，即Xi×1＝12000。并且，该第二多任务器30的该数据输出端则输出该第三修正偏移量为10240。最后，该加法器50则分别接收该第一多任务器20的该数据输出端所输出的值12000与该第二多任务器30的该数据输出端所输出的值10240，并对该些输出数据进行加法运算，如此，即得到该音源输出信号的振幅大小为22240。

4、若所接收到音源输入信号的振幅大小为-25015，并且，经过该分段区间判断单元40判断后，该音源输入信号是落在区间D范围内，因此，该第一多任务器20的该数据输出端则输出该音源输入信号的振幅Xi与该第一乘法单元102的乘积值，即Xi×0.5＝-12508(负值的小数点以下无条件进位)。并且，该第二多任务器30的该数据输出端则输出该第四修正偏移量为-16384。最后，该加法器50则分别接收该第一多任务器20的该数据输出端所输出的值-12508与该第二多任务器30的该数据输出端所输出的值-16384，并对该些输出数据进行加法运算，如此，即得到该音源输出信号的振幅大小为-28892(负值的小数点以下无条件进位)。

5、若所接收到音源输入信号的振幅大小为32555，并且，经过该分段区间判断单元40判断后，该音源输入信号是落在区间E范围内，因此，该第一多任务器20的该数据输出端则输出该音源输入信号的振幅Xi与该第一乘法单元102的乘积值，即Xi×0.5＝16277(正值的小数点以下无条件舍去)。并且，该第二多任务器30的该数据输出端则输出该第五修正偏移量为16384。最后，该加法器50则分别接收该第一多任务器20的该数据输出端所输出的值16277(正值的小数点以下无条件舍去)与该第二多任务器30的该数据输出端所输出的值16384，并对该些输出数据进行加法运算，如此，即得到该音源输出信号的振幅大小为32661(正值的小数点以下无条件舍去)。

综合以上所述，本发明具有以下的优点：

1、通过分段线性方式判断所接收的音源输入信号振幅的分段区间以及对应增益与修正偏移量，以提供该语音装置产生低失真度的输出功率增益，并且获得较高的输出功率增益；

2、可通过该些区间的斜率做弹性的设计，使得该分段线性增益方法能以提供不同的实施例，使该音源输入信号振幅的分段区间的对应增益与修正偏移量是可为更弹性的对应设计。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种分段线性增益方法，应用于一语音装置的输出功率增益，通过接收该语音装置的一音源输入信号，并以分段线性方式放大该音源输入信号的振幅，以产生一增益的音源输出信号；其特征在于，该分段线性增益方法的步骤包含：

(a)判断该音源输入信号振幅的分段区间，其中，该分段区间具有至少三段分段区间；及

(b)根据该音源输入信号振幅的分段区间的对应增益与修正偏移量，计算该音源输出信号振幅；

藉此，通过分段线性方式判断所接收的音源输入信号振幅的分段区间以及对应增益与修正偏移量，以提供该语音装置产生低失真度的输出功率增益，并且获得较高的输出功率增益。

2.根据权利要求1所述的分段线性增益方法，其特征在于，在该步骤(a)中，该些分段区间的增益倍率不为零。

3.根据权利要求2所述的分段线性增益方法，其特征在于，该些分段区间的增益倍率具有接近中心振幅分段区间的增益倍率大于远离中心振幅分段区间的增益倍率的关系。

4.根据权利要求2所述的分段线性增益方法，其特征在于，接近中心振幅分段区间的增益倍率＞1。

5.根据权利要求1所述的分段线性增益方法，其特征在于，在该步骤(b)中，该音源输出信号振幅的计算是利用该音源输入信号振幅与对应增益乘积，再与修正偏移量相加而得。

6.根据权利要求1所述的分段线性增益方法，其特征在于，在该步骤(b)中，该音源输入信号振幅的分段区间的对应增益与修正偏移量为对应设计。