TWI540912B - 音訊處理裝置及音訊處理方法 - Google Patents

Description

音訊處理裝置及音訊處理方法

本發明係與音訊處理相關，並且尤其與用以偵測並校正音訊信號之錯誤的音訊處理裝置相關。

近年來，隨著各種電子產品的蓬勃發展，家庭劇院等多媒體系統日益普及。在此類多媒體系統中，除了用以呈現畫面的螢幕之外，最重要的硬體裝置就屬音響設備。相對於單聲道音響，立體聲音響在以對稱方式適當安置的複數個揚聲器上各自播放不同聲道的音訊信號，藉此提供具有臨場感的聽覺效果。

最普遍的立體聲音響系統為包含左聲道和右聲道的雙聲道系統。在錄製或後製音樂檔案的過程(例如混音程序、編碼程序、解碼程序)中，保持左聲道信號和右聲道信號的相位一致是相當重要的。如果左聲道信號與右聲道信號兩者之一因為某些因素而被180度反相，將會造成許多後續播放方面的問題。

此外，在採用自動增益控制(auto gain control,AGC)調整音量的音響系統中，左聲道信號與右聲道信號相加後除以二的結果通常會被用做判斷音訊信號之能量的依據。如果左聲道信號和右聲道信號的相位不一致，相對應的能量偵測結果 會相當小。在這樣的情況下，自動增益控制機制極可能令揚聲器大幅提高播放音量，致使對聽者的聽力造成傷害。

為解決上述問題，本發明提出一種音訊處理裝置及音訊處理方法，在音訊信號被傳送至揚聲器播放之前，偵測左右聲道的相位關係並自動校正其中相位不一致的錯誤。本發明的概念可以用硬體或是軟體來實現，並且可以廣泛應用在各種單聲道或立體聲的音訊播放產品中。

本發明揭露一種音訊處理裝置，包含一音訊相位偵測裝置及一調整裝置。音訊相位偵測裝置偵測一第一聲道信號與一第二聲道信號間之相位關係，以產生一相位控制信號。調整裝置耦接於音訊相位偵測裝置，用以根據該相位控制信號選擇性地調整第一聲道信號。

本發明亦揭露一種音訊處理方法。音訊處理方法偵測一第一聲道信號與一第二聲道信號間之相位關係，以產生一相位控制信號。接著，根據相位控制信號選擇性地調整第一聲道信號的步驟。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到瞭解。

圖一(A)為根據本發明之第一具體實施例中的音訊處理裝置20及其周邊電路之電路方塊圖，音訊信號源10提供一左聲道信號和一右聲道信號，於此實施例中，音訊信號源10所輸出的信號可以為脈碼調變(pulse code modulation,PCM)信號，但不以此為限。音訊處理裝置20包含一音訊相位偵測裝置22和一調整裝置24，耦接於音訊信號源10和數位類比轉換器30之間。數位類比轉換器30將數位信號轉換為類比信號。第一揚聲器42和第二揚聲器44各自播放已轉為類比信號的左聲道信號和右聲道信號。

音訊相位偵測裝置22偵測第一聲道信號與第二聲道信號間之相位關係。於此實施例中，第一聲道信號和第二聲道信號分別為右聲道信號及左聲道信號。如果音訊信號源10輸出的右聲道信號及左聲道信號相位一致，右聲道信號及左聲道信號相加之後的能量會遠大於右聲道信號及左聲道信號相減之後的能量。音訊相位偵測裝置22可將兩者之相對關係做為判斷右聲道信號及左聲道信號之相位是否一致的依據。

請參閱圖二(A)，圖二(A)為音訊相位偵測裝置22之一詳細實施例。音訊相位偵測裝置22包含第一能量偵測器222、第二能量偵測器224以及比較模組226。第一能量偵測器222偵測第一聲道信號與第二聲道信號之相加能量；第二能量偵測器224偵測第一聲道信號與第二聲道信號之相減能量。在接收第一能量偵測器222和第二能量偵測器224的輸出結果 之後，比較模組226負責比較該相加能量及該相減能量，並根據其比較結果產生一相位控制信號。

當該相減能量遠大於該相加能量，比較模組226即可判斷此時音訊信號源10輸出的右聲道信號及左聲道信號相位很可能是不一致的，比較模組226因此主張相位控制信號，以請求調整裝置24調整其中一個聲道信號之相位。於此實施例中，當調整裝置24被要求調整某一個聲道信號之相位時，調整裝置24將該右聲道信號反相。或者，當該相加能量大於該相減能量，比較模組226解主張相位控制信號，要求調整裝置24不要調整該右聲道信號，直接將該右聲道信號傳送至數位類比轉換器30。

如圖一(B)所示，被調整的也可以是左聲道信號。藉由將左聲道信號和右聲道信號兩者之一反相，音訊處理裝置20即可讓這兩個聲道的信號恢復為同相，進而避免後續的第一揚聲器42和第二揚聲器44播放出錯誤的聲音信號。於實際應用中，根據本發明之音訊處理裝置20也可用以配合僅具有單一揚聲器的音響系統，在左聲道信號和右聲道信號被混合並播放之前校正其中的相位錯誤。

如圖二(B)所示，音訊相位偵測裝置22可進一步包含一計時器228，用以協助提升判斷兩聲道信號是否相位不一致的準確性。舉例來說，音訊相位偵測裝置22可被設計為，只有當該相減能量大於該相加能量長達一第一預定時間，比較 模組226才產生令調整裝置24調整該右聲道信號的相位控制信號。藉此，音訊相位偵測裝置22可避免因該右聲道信號及/或該左聲道信號中短暫的劇烈聲音變化所導致的誤判。

能量差異的大小也可以做為音訊相位偵測裝置22判斷兩聲道信號是否相位不一致的依據。舉例而言，音訊相位偵測裝置22可被設計為，只有當該相減能量大於該相加能量高達第一門檻值且長達第一預定時間，比較模組226才產生令調整裝置24調整該右聲道信號之該相位控制信號。

音訊信號源10有可能被設定為連續輸出對應於多個不同音樂檔案的信號。或許其中並非所有的音樂檔案都存在左右聲道相位不一致的問題，也或許某一個音樂檔案中只有一部分的資料存在左右聲道相位不一致的問題。較佳地，根據本發明之音訊相位偵測裝置22可持續監控左聲道信號和右聲道信號的相位關係，並且在發現音訊信號源10所提供的左右聲道信號變為相位一致時，請求調整裝置24停止調整該右聲道信號。

在配合上述計時器228的情況下，音訊相位偵測裝置22可以被設計為，在調整裝置24開始調整該右聲道信號之後，如果該相減能量小於該相加能量長達一第二預定時間，即令調整裝置24停止調整該右聲道信號。或者，音訊相位偵測裝置22可以被設計為，在調整裝置24開始調整該右聲道信號之後，如果該相減能量小於該相加能量低達一第二門檻值並 且長達該第二預定時間，即令調整裝置24停止調整該右聲道信號。第二門檻值不一定與第一門檻值相同，第二預定時間也不必同於先前所述之第一預定時間。

請參閱圖二(C)，圖二(C)繪示音訊相位偵測裝置22之一詳細的實施例。第一能量偵測器222包含一加法器222A、一第一絕對值單元222B、一第一低通濾波器222C以及一第一分貝轉換單元222D。加法器222A將該左聲道信號與該右聲道信號相加，以產生一相加信號。第一絕對值單元222B係用以產生對應於該相加信號之一第一絕對值信號，代表音頻之相加能量。第一低通濾波器222C濾除第一絕對值信號中的高頻雜訊，以產生一第一濾波結果。第一分貝轉換單元222D將經濾波之相加能量轉換為以分貝為單位，以利音頻域之處理運算。

如圖二(C)所示，第二能量偵測器224則包含減法器224A、第二絕對值單元224B、第二低通濾波器224C以及第二分貝轉換單元224D。減法器224A將左聲道信號與右聲道信號相減，以產生一相減信號。第二絕對值單元224B係用以產生對應於該相減信號之一第二絕對值信號，代表音頻之相減能量。第二低通濾波器224C濾除第二絕對值信號中的高頻雜訊，以產生一第二濾波結果。第二分貝轉換單元224D則將經濾波之相減能量轉換為以分貝為單位，以利比較模組226可方便地比較以分貝為單位的相加能量及相減能量。

請參閱圖三，圖三為調整裝置24之一詳細實施例，調整裝置24包含一反相器242、一零交越(zero crossing)偵測器244、一第一多工器246、一正反器247以及一第二多工器248。正反器247的輸出信號狀態係與時脈信號CK和第一多工器246的輸出信號相關。當正反器247的輸出信號具有低電壓準位，第二多工器248會選取未經調整的右聲道信號做為其輸出信號。另一方面，當正反器247的輸出信號具有高電壓準位，第二多工器248選取經過反相器242調整後的右聲道信號做為其輸出信號。

零交越偵測器244可以為第二多工器248選擇較佳的切換輸出信號之時間點。零交越偵測器244判斷右聲道信號是否符合一低振幅條件，舉例而言，振幅是否落在一特定門檻範圍之內。只有當右聲道信號符合低振幅條件時，零交越偵測器244才會將其輸出電壓切換為高準位，允許音訊相位偵測裝置22提供的相位控制信號透過第一多工器246被傳遞至正反器247，進而影響第二多工器248的輸出信號。藉此，可避免調整裝置24在音量較大的情況驟然切換信號，導致揚聲器44發出不悅耳的噪音。

圖四(A)顯示根據本發明之具體實施例之音訊處理方法流程圖。於步驟S42，偵測一第一聲道信號與一第二聲道信號間之一相位關係，以產生一相位控制信號的步驟。接著，於步驟S44，選擇性地根據該相位控制信號調整該第一聲道信 號。

圖四(B)進一步揭露根據本發明之具體實施例之偵測第一聲道信號與第二聲道信號間之相位關係之方法流程圖。於步驟S421，偵測第一聲道信號與第二聲道信號之一相加能量。於步驟S422，偵測該第一聲道信號與該第二聲道信號之一相減能量。於步驟S423，比較該相加能量及該相減能量，並根據相對應之一比較結果產生相位控制信號。

如上所述，本發明提出一種音訊處理裝置及音訊處理方法，在音訊信號被傳送至揚聲器播放之前，偵測左右聲道的相位關係並自動校正其中相位不一致的錯誤。藉此，因左右聲道相位不一致導致的諸多問題可被有效避免。本發明的概念可以用硬體或是軟體來實現，並且可以廣泛應用在各種單聲道或立體聲的音訊播放產品中。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，以更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。本發明得由熟習此技藝之人士任施匠思而為諸般修飾，皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

10‧‧‧音訊信號源

20‧‧‧音訊處理裝置

22‧‧‧音訊相位偵測裝置

24‧‧‧調整裝置

30‧‧‧數位類比轉換器

42‧‧‧第一揚聲器

44‧‧‧第二揚聲器

222‧‧‧第一能量偵測器

224‧‧‧第二能量偵測器

226‧‧‧比較模組

228‧‧‧計時器

222A‧‧‧加法器

222B‧‧‧第一絕對值單元

222C‧‧‧第一低通濾波器

222D‧‧‧第一分貝轉換單元

224A‧‧‧減法器

224B‧‧‧第二絕對值單元

224C‧‧‧第二低通濾波器

224D‧‧‧第二分貝轉換單元

242‧‧‧反相器

244‧‧‧零交越偵測器

246‧‧‧第一多工器

247‧‧‧正反器

248‧‧‧第二多工器

S42、S44‧‧‧流程步驟

S421~S423‧‧‧流程步驟

圖一(A)及圖一(B)為根據本發明之具體實施例中的音訊處理裝置及其周邊電路之連接關係示意圖。

圖二(A)~圖二(C)係繪示根據本發明之詳細實施例的音訊相位偵測裝置。

圖三為根據本發明之詳細實施例的調整裝置。

圖四(A)及圖四(B)為根據本發明之具體實施例中的音訊處理方法之流程圖。

10‧‧‧音訊信號源

20‧‧‧音訊處理裝置

22‧‧‧音訊相位偵測裝置

24‧‧‧調整裝置

30‧‧‧數位類比轉換器

42‧‧‧第一揚聲器

44‧‧‧第二揚聲器

Claims (20)

1. 一種音訊處理裝置，包含：一音訊相位偵測裝置，用以偵測一第一聲道信號與一第二聲道信號間之一相位關係，以產生一相位控制信號；以及一調整裝置，耦接於該音訊相位偵測裝置，用以選擇性地根據該相位控制信號調整該第一聲道信號的相位，以校正該第一聲道信號與第二聲道信號相位不一致的錯誤。
2. 如申請專利範圍第1項所述之音訊處理裝置，其中該音訊相位偵測裝置包含：一第一能量偵測器，用以偵測該第一聲道信號與該第二聲道信號之一相加能量；一第二能量偵測器，用以偵測該第一聲道信號與該第二聲道信號之一相減能量；以及一比較模組，用以比較該相加能量及該相減能量，以產生該相位控制信號。
3. 如申請專利範圍第2項所述之音訊處理裝置，其中該音訊相位偵測裝置進一步包含一計時器，耦接於該比較模組，當該相減能量大於該相加能量長達一第一預定時間，該比較模組主張該相位控制信號，以令該調整裝置調整該第一聲道信號。
4. 如申請專利範圍第1項所述之音訊處理裝置，其中該音訊相位偵測裝置進一步包含一計時器，耦接於該比較模組，當該相減能量大於該相加能量高達一第一門檻值並且長達一第一 預定時間，該比較模組主張該相位控制信號，以令該調整裝置調整該第一聲道信號。
5. 如申請專利範圍第1項所述之音訊處理裝置，其中該音訊相位偵測裝置進一步包含一計時器，耦接於該比較模組，當該相減能量小於該相加能量長達一第二預定時間，該比較模組解主張該相位控制信號，以令該調整裝置停止調整該第一聲道信號。
6. 如申請專利範圍第1項所述之音訊處理裝置，其中該音訊相位偵測裝置進一步包含一計時器，耦接於該比較模組，當該相減能量小於該相加能量低達一第二門檻值並且長達一第二預定時間，該比較模組解主張該相位控制信號，以令該調整裝置停止調整該第一聲道信號。
7. 如申請專利範圍第1項所述之音訊處理裝置，其中該第一能量偵測器包含：一加法器，用以將該第一聲道信號與該第二聲道信號相加，以產生一相加信號；一第一絕對值單元，用以產生對應於該相加信號之一第一絕對值信號；一第一低通濾波器，用以過濾該第一絕對值信號，以產生一第一濾波結果；以及一第一分貝轉換單元，用以將該第一濾波結果轉換為以分貝為單位之相加能量。
8. 如申請專利範圍第1項所述之音訊處理裝置，其中該第二能量偵測器包含： 一減法器，用以將該第一聲道信號與該第二聲道信號相減，以產生一相減信號；一第二絕對值單元，用以產生對應於該相減信號之一第二絕對值信號；一第二低通濾波器，用以過濾該第二絕對值信號，以產生一第二濾波結果；以及一第二分貝轉換單元，用以將該第二濾波結果轉換為以分貝為單位之相減能量。
9. 如申請專利範圍第1項所述之音訊處理裝置，其中該調整裝置係選擇性地將該第一聲道信號反相。
10. 如申請專利範圍第1項所述之音訊處理裝置，其中該調整裝置包含一零交越偵測器，用以判斷該第一聲道信號是否符合一低振幅條件，當該第一聲道信號符合該低振幅條件，該調整裝置調整該第一聲道信號。
11. 一種音訊處理方法，包含下列步驟：偵測一第一聲道信號與一第二聲道信號間之一相位關係，以產生一相位控制信號；以及根據該相位控制信號選擇性地調整該第一聲道信號的相位，以校正該第一聲道信號與第二聲道信號相位不一致的錯誤。
12. 如申請專利範圍第11項所述之音訊處理方法，其中該偵測相位關係之步驟包含：(a1)偵測該第一聲道信號與該第二聲道信號之一相加能量； (a2)偵測該第一聲道信號與該第二聲道信號之一相減能量；以及(a3)比較該相加能量及該相減能量，以產生該相位控制信號。
13. 如申請專利範圍第11項所述之音訊處理方法，其中步驟(a3)係當該相減能量大於該相加能量長達一第一預定時間時，主張該相位控制信號。
14. 如申請專利範圍第11項所述之音訊處理方法，其中步驟(a3)係當該相減能量大於該相加能量高達一第一門檻值並長達一第一預定時間時，主張該相位控制信號。
15. 如申請專利範圍第11項所述之音訊處理方法，其中步驟(a3)係當該相減能量小於該相加能量是否長達一第二預定時間時，解主張該相位控制信號。
16. 如申請專利範圍第11項所述之音訊處理方法，其中步驟(a3)係當該相減能量小於該相加能量低達一第二門檻值並長達一第二預定時間時，解主張該相位控制信號。
17. 如申請專利範圍第11項所述之音訊處理方法，其中步驟(a1)包含：將該第一聲道信號與該第二聲道信號相加，以產生一相加信號；產生對應於該相加信號之一第一絕對值信號；過濾該第一絕對值信號，以產生一第一濾波結果；以及將該第一濾波結果轉換為以分貝為單位之相加能量。
18. 如申請專利範圍第11項所述之音訊處理方法，其中步驟(a2)包含：將該第一聲道信號與該第二聲道信號相減，以產生一相減信號；產生對應於該相減信號之一第二絕對值信號；過濾該第二絕對值信號，以產生一第二濾波結果；以及將該第二濾波結果轉換為以分貝為單位之相減能量。
19. 如申請專利範圍第11項所述之音訊處理方法，其中該調整該第一聲道信號之步驟選擇性地反相該第一聲道信號。
20. 如申請專利範圍第11項所述之音訊處理方法，其中該調整該第一聲道信號之步驟係當該第一聲道信號符合一低振幅條件，調整該第一聲道信號。