專利名稱：用于增強立體聲圖象的裝置、系統、電路和方法
技術領域：
本發明涉及到一個立體聲音頻信號處理裝置，它包括----信號處理裝置，包括一個用于處理立體聲輸入信號的立體聲增強電路，----用來放大信號處理裝置提供的立體聲輸出信號的信號放大電路，所述立體聲增強電路包括----具有用來接收立體聲輸入信號的左右聲道信號的第一和第二輸入端，以及提供具有增強立體聲圖象的左右聲道信號的第一和第二輸出端的第一裝置，----用來可控地混合第一裝置的立體聲輸入信號和立體聲輸出信號以改變立體聲圖象增強程度的第二裝置，本發明更進一步涉及一個立體聲音頻再生系統，該系統包括諸如立體聲音頻信號處理裝置、用于再生由信號放大裝置所提供的放大了的立體聲信號的左右聲道揚聲器。
本發明還涉及一個視聽再生系統，該系統包括諸如立體聲音頻再生系統、安裝有圖形顯示屏幕和左右聲道揚聲器的組柜。
本發明涉及到一個立體聲增強電路。
本發明還涉及一個用于增強立體聲輸入信號的立體聲圖象的一種方法，包括以下步驟----從立體聲輸入信號產生具有增強立體聲圖象的立體聲輸出信號，----可控地混合立體聲輸入信號和立體聲輸出信號以提供處理了的立體聲輸出信號，這樣的裝置、這樣的系統和這樣的電路可以從歐洲專利申請EP-A664661中得知。在該已有的裝置中，增強了的立體聲信號可以例如按(1-α)∶α的比例，與輸入信號相混合，通過在0和1之間改變α的值，立體聲圖象的增強強度就可以在普通或標準立體聲與完全增強立體聲之間變動。已知的立體聲圖象增強的缺點在于，增強了的立體聲信號的幅度可以比標準的、未被增強的立體聲信號大到超過10dB，即使二者最后的聲頻信號的響度被感覺基本上是一樣的。按照這個裝置，在高信號電平時，增強了的立體聲信號的大一些的幅度就會在放大器中帶來畸變的增加。
本發明的一個目的是提供一個比已有的裝置產生更小畸變的裝置。
根據本發明的一個裝置的特點在于，立體聲增強電路包括與用來控制混合立體聲信號使得在高的信號電平時減少立體聲圖象增強強度的第二裝置相連接的控制裝置。
本發明是基于對立體聲信號的立體聲圖象增強強度的降低通常導致增強了的立體聲信號的左右聲道信號中每個信號幅度降低的認識。在高信號電平時，通過降低立體聲增強強度，可以大大地減小畸變，因為此時放大器接收的是與具有完全立體聲圖象增強強度的信號相比具有減小了的幅度的信號。
本發明的一個實施例的特點在于，該裝置包括音量電平設置裝置，它為放大裝置提供音量電平指示信號來設置音量電平，同時也提供給控制裝置用于控制作為所設音量電平的函數的混合。
該裝置的實際或所設音量電平可以用來作為可以預期的高信號電平的指示。通過例如，作為設置音量電平的函數，在高音量時減小立體聲圖象增強強度，可以完成控制裝置的簡單操作，而不必測量實際信號電平。
本發明的更進一步的實施例的特點在于，控制裝置包括用來將放大了的輸出信號電平與一個參考電平相比較，并在信號電平超過參考電平時將一個控制信號提供給用來降低立體聲圖象增強強度的第二裝置的裝置。
通過測量放大裝置的實際輸出信號，就可能精確地確定是否出現了畸變，例如，當信號電平超過放大出現非線性的電平，這個電平就是門限。
本發明的一個更進一步的實施例的特點在于，控制裝置包括將第二裝置的立體聲輸出信號的信號電平與一個參考電平相比較，并且在信號電平超過參考電平時為用來降低立體聲圖象增強強度的第二裝置提供控制信號的裝置。測量放大裝置輸出信號的信號電平的另一選擇是，測量第二裝置輸出信號的信號電平，該電平將會提供給放大裝置，這樣，控制裝置就不必處理由放大裝置放大帶來的具有高幅度的信號。
本發明的一個更進一步的實施例的特點在于，參考電平是所設音量電平的函數。
容限是信號在被放大裝置畸變之前所能承受的額外放大的值，所設音量電平提供一個放大器還有的容限大小的指示，由于音量控制通常都放置在立體聲增強電路之后，所設音量電平就可以用作參考電平，指示立體聲圖象增強何時應當降低以避免畸變。
本發明的一個更進一步的實施例的特點在于，控制信號只在第二裝置的左聲道和右聲道輸出信號的至少二者之一超過相應的第一裝置的左聲道或右聲道輸入信號的時候才產生。
通過采用這種測量，只有在有正面效應時立體聲圖象增強的降低才會發生，如果第二裝置的輸出信號不超過第一裝置的輸入信號，那么立體聲圖象增強強度的降低將不會在畸變方面帶來正面效應，這個降低就完全沒有必要進行，以避免這類降低的任何可能的有害影響。
本發明的上述目的和特性將通過以下參照附圖對優選實施例的描述變得更加清楚，其中
圖1顯示了一個已知的立體聲音頻再生系統的實施例，圖2顯示了根據本發明的一個立體聲音頻再生系統的第一實施例，圖3顯示了根據本發明的一個立體聲音頻再生系統的第二實施例，圖4顯示了用于本發明的控制裝置的一個實施例，圖5顯示了一個視聽再生系統的一個實施例，該視聽再生系統以這樣的形式，例如，一部電視機或一個所謂的多媒體視聽系統。
在這些附圖中，同樣的部分以同樣的參考數字表示。
圖1顯示了一個已知的立體聲音響音頻再生系統的實施例，該立體聲音頻再生系統包括一個立體聲處理裝置，該裝置又包括一個立體聲增強電路10，這個電路用來處理左右聲道輸入信號Ri和Li，將其分別變為左右聲道輸出信號Lo和Ro，該系統還包括放大裝置20，該裝置用來放大和提供左右聲道輸出信號Lo和Ro，并將其送到相應的左右聲道揚聲器30和40。該系統的原理可以從EP-A664661中得知。立體聲增強電路10包括第一裝置100，它有用來接收左聲道輸入信號Li的第一輸入端，有用來接收右聲道輸入信號Ri的第二輸入端，有提供左聲道信號Ls的第一輸出端和提供右聲道信號Rs的第二輸出端。左右聲道信號Ls和Rs與信號Li和Ri相比具有增強了的立體聲圖象。要得到第一裝置100的更詳細的描述，可以參照EP-A664661.立體聲增強電路10更進一步包括用來可控地混合左聲道信號Li和Ls和右聲道信號Ri和Rs的第二裝置，第二裝置包括---分別為各自的衰減器106和108提供信號的相減對Li-Ls和Ri-Rs的第一和第二減法器102和104，每個衰減器都有與α相等的可控增益，這里0≤α≤1，---將第一和第二可控衰減器106和108的輸出信號與Li和Ri相加的第三和第四加法器，這樣就提供了左右聲道的輸出信號Lo和Ro。
采用上述方式，輸出信號Lo和Ro根據如下公式而形成Lo＝α*Ls+(1-α)*LiRo＝α*Rs+(1-α)*Ri通過在0和1之間改變參數α，具有由左右聲道信號Lo和Ro形成的輸出信號的立體聲效果就可以在標準的，即對應于α＝0的普通立體聲圖象到對應于α＝1的完全增強立體聲圖象之間變動。第二裝置同樣可以用其它方式來實現，比如，通過向分別具有可控增益(1-α)、(1-α)、α和α的各個可控衰減器提供信號Li、Ri、Ls、和Rs，并將所得到的衰減了的信號Li、Ls，以及Ri、Rs分別加起來。
當α＜＞0時，每個最后的信號Lo和Ro的幅度可以比原始信號Li和Ri更大。該差別高達12dB或更多，這是因為立體聲圖象增強是通過將一個很大的負串擾與左右聲道相加而得到的，當用揚聲器再生時，作為結果，這些信號的一部分在聲響上就被消除了。對獲得基本上和標準立體聲一樣的聲音級別來講，額外的12dB增益就很有必要了。這意味著，為了立體聲信號的再生具有增強了的立體聲圖象，放大這些信號的放大裝置以及揚聲器都應當具有一個比標準立體聲信號所需的動態范圍大的動態范圍。
圖2顯示了根據本發明的立體聲音頻再生系統的第一實施例，圖2與圖1的不同之處在于，已經加上了控制裝置50，控制裝置50將放大裝置20的左右聲道輸出信號Los和Ros當作輸入信號接收，并向信號增強電路10輸送代表α的控制信號以控制立體聲圖象的增強。控制裝置50用來控制立體聲信號的混合，使得在高信號電平時降低立體聲圖象增強。不論是信號Los還是信號Ros超過門限值，控制裝置50送出的控制信號α便相應地減小。這個門限值就是當超過該值時，放大裝置的放大便出現非線性的輸出信號值。這個實施例的一個優點是，控制信號α直接由信號所承受的畸變所獲得。
圖3顯示了根據本發明的立體聲音頻再生系統的第二實施例。圖3與圖2的不同之處在于，加上了音量電平設置裝置60，而且其中控制裝置50現在接收三組輸入信號A、B及C，而不是一組信號，A組信號包括左右聲道輸入信號Li和Ri，B組信號包括信號增強電路10的左右聲道輸出信號Lo和Ro，C組信號是一個代表音量電平設置的信號VL。音量電平設置裝置60向放大裝置輸送代表音量電平設置的信號VL以設置音量電平。為此目的，放大裝置的每個放大器都具有可控增益，該增益可以由上述信號VL控制。A、B、C三組信號可以分別或者相互組合起來使用，以產生控制信號α。當只使用了A、C兩組信號時，控制裝置50才能從所設音量計算出提供給放大裝置的輸入信號的最大電平，超過該最大電平或門限便使放大出現非線性。考慮到再生增強了的立體聲信號所需的額外信號電平，這個門限值要降低12dB。如果輸入信號電平超過該最大電平或門限，那么，控制裝置50就相應降低α。在只使用B和C組信號時，控制裝置50與只使用A和C組信號的控制裝置50的差別在于，不必再將該最大電平減去12dB，因為這時使用的是立體聲增強電路10的輸出信號而不是其輸入信號。如果在立體聲增強電路10之前做音量調節，那么，信號VL就不必用作現在可以是固定值的最大電平或門限，在這種情況下，就可以不用C組信號。α的校正或降低只需是避免畸變所要求的數量，例如，當信號只需要降低6dB時，α只需降低到0.5。也可以只使用C組信號，即代表所設音量電平的信號VL，這樣就給控制裝置50帶來了一個很簡單的解決辦法，因為不會有信號測量，如果所設音量電平是如此之高，以至于具有最大允許信號電平的輸入信號將遭受畸變，那么α將會降低，當然，12dB的額外余裕在這里也一樣地加以考慮。但是，這就意味著即使如果沒有畸變時，即如果實際信號電平還在門限以下時，α也會降低。
圖4顯示了用于本發明的控制裝置的一個實施例。控制裝置50是對聯系圖3討論的控制裝置50的改進。在圖4的控制裝置50中使用了所有三組信號A、B和C來產生控制信號α。控制裝置50包括從第一到第五預處理裝置500、502、504、506和508，第一和第二比較器510和512，第一和第二受控開關514和516，相加裝置518，包絡檢測器520，相減裝置522及放大裝置524。第一比較器510，以及第一和第二預處理裝置500和502，還有第一控制開關514，它們一起用作可選峰值探測器，用以只將Lo信號中超過Li信號包絡的那些峰值傳輸到加法裝置518。為此目的，信號Li通過預處理裝置500加到第一比較器510的正向輸入端，在這里預處理裝置500是包絡檢測器。信號Lo通過預處理裝置502同時加在受控開關514和比較器510的反向輸入端，在這里預處理裝置502是一個整流器，當Lo的整流信號的峰值超過信號Li的包絡時，第一比較器510使可控開關514工作，Lo的整流信號將被傳送到相加裝置518。通過第二比較器512，和第三、第四處理裝置504、506，以及第二可控開關516一起來對信號Ri和Ro完成相似的處理。在這個例子中，預處理裝置504包括一個包絡檢測器，預處理裝置506包括一個整流器。在相加裝置518中，加于相加裝置518的兩個信號中較大者被傳送到包絡檢測器520，從來自信號VL的信號中減去包絡檢測器520的輸出信號，來自信號VL的信號也代表所設音量電平。來自減法器的信號再由放大裝置524放大，它也是加在圖3的立體聲增強電路10的控制信號α。由信號VL得到的信號就是門限，超過它就會使放大裝置20出現非線性。這個信號可以如下所述從VL中得到。在一個給定的音量電平設置處，可以從實驗或理論確定送到放大裝置20的輸入信號在什么幅度上會被非線性地放大。這就得到了門限，在這個音量電平設置情況下，它不會被輸入信號超過。在一個新的(不同的)音量電平設置處，這個門限可以采用給定音量設置和新的音量設置之間的差異來計算得到。這樣，當新的音量設置低了6dB時，門限應當相應地增加6dB。通過這個方法，當信號Lo和Ro的峰值超過門限時，它們會減小α的值。使用可選峰值檢測器確保α只在它將產生影響時才會減小，即當信號Lo和Ro的幅度比信號Li和Ri大的時候。如果不做這一項，α即使在沒有對畸變降低有任何正向影響的時候也將減小。對一些輸入信號來講，甚至會這樣，α的減小可以造成輸出信號電平的增加，這依賴于左右聲道輸入信號的相位差。這種影響會導致一個不穩定的反饋環，但是在使用如前所述的可選峰值檢測器的時候，這種情況可以避免。這些可選峰值檢測器還可以有利地用在圖2的控制裝置50中，用來在預計α減小不會產生有利影響時阻止α減小。預處理裝置500、502、506和508，除了包括提到的整流和包絡檢測外，還可能包括其它處理，比如一個平均或峰值檢測等等。包絡檢測器520也可能會被其它諸如峰值檢測、平均等處理代替。放大裝置524用來為反饋環中提供足夠的環路增益以控制α，通過這個反饋，包絡檢測器的時間常數就顯著地減小，但是，一旦反饋環出現開環，即，當可控開關514和516不工作，從而不傳送信號Lo和Ro時，時間常數表現為它們的正常值。這可能會導致系統長的穩定時間。因而，在反饋環出現開環時，就會要求減小包絡檢測器，特別是包絡檢測器520的時間常數。也可以采用其它推導α的方法，例如，可以用信號Lo和Ro以任何方式與A、B和/或C信號混合，由此推導出控制信號α。控制信號α可以通過結合跟在圖4的放大器524之后的低通濾波器(圖中未畫出)來作附加的平滑處理。在圖3的實施例中，控制信號α常常產生得稍晚些，這是因為控制信號α的產生的反饋特性所致，如果希望補償這種情況，就可以通過在放大器20之前加入延遲來做到這點。本發明還可以用來增加α，通過增加α使得輸出信號接近超過便使得放大器20的放大出現非線性的電平。通過這種方式，可能會使非常聲音(IncredibleSound)效應變得最大。
圖5顯示了一個視聽再生系統的實施例，它的形式是，比如，一部電視機或一個所謂的多媒體視聽系統。該視聽再生系統包括一個組柜70，該組柜70包含一個圖象顯示屏幕72以顯示視頻圖象。圖象顯示器72的左側放置的是左聲道揚聲器30，右側放置的是右聲道揚聲器40，左聲道揚聲器30和右聲道揚聲器40都被圖2或圖3中的立體聲音頻信號處理裝置所控制。
權利要求
1.一個立體聲音頻信號處理裝置，它包括-信號處理裝置，包括用于處理立體聲輸入信號的立體聲增強電路，-用來放大由信號處理裝置提供的立體聲輸出信號的信號放大裝置，該立體聲增強電路包括-有用來接收立體聲輸入信號的左聲道和右聲道信號的第一和第二輸入端以及用來提供具有增強了的立體聲圖象的左聲道和右聲道信號的第一和第二輸出端的第一裝置，-可控地混合第一裝置的立體聲輸入信號和立體聲輸出信號以改變立體聲圖象增強程度的第二裝置，其特征在于，立體聲增強電路包括連接到第二裝置的，用于控制立體聲信號的混合，以在高的信號電平時降低立體聲圖象增強程度的控制裝置。
2.權利要求1的裝置，其特征在于，該裝置包括音量電平設置裝置，用于為放大裝置提供代表音量電平的信號以設置音量電平，并提供給控制裝置以控制作為設置音量電平函數的混合。
3.權利要求1的裝置，其特征在于，控制裝置包括這樣的裝置，它將放大了的立體聲輸出信號的信號電平與參考電平相比較，并為第二裝置提供控制信號，用來在信號電平超過參考電平時降低立體聲圖象的增強程度。
4.權利要求1或2的裝置，其特征在于，控制裝置包括這樣的裝置，它將第二裝置的立體聲輸出信號的信號電平與參考電平相比較，并為第二裝置提供控制信號，用來在信號電平超過參考電平時，降低立體聲圖象的增強程度。
5.權利要求1或2的裝置，其特征在于，參考電平是所設音量電平的函數。
6.權利要求2、3、4或5的裝置，其特征在于，只有在第二裝置的左右聲道輸出信號中至少有一個超過相應的第一裝置的左聲道或右聲道輸入信號的時候，才產生控制信號。
7.一個立體聲音頻再生系統，包括權利要求1、2、3、4、5或6的立體聲音頻信號處理裝置，以及用來再生由信號放大裝置提供的、放大了的信號的左右聲道揚聲器。
8.一個視聽再生系統，包括權利要求7的立體聲音頻再生系統、其中安裝有圖象顯示屏幕和左右聲道揚聲器的的組柜。
9.一個立體聲增強電路包括-具有用來接收立體聲輸入信號的左右聲道信號的第一和第二輸入端，以及用來提供具有增強了的立體聲圖象的立體聲信號左右聲道信號的第一和第二輸出端的第一裝置，-用來可控地混合第一裝置的立體聲輸入信號和立體聲輸出信號，以改變立體聲圖象的增強程度的第二裝置，其特征在于，立體聲增強電路更進一步包括連接到第二裝置的，用來控制立體聲信號的混合，使得在高信號電平時減小立體聲圖象增強程度的控制裝置。
10.一種用于增強立體聲輸入信號的立體聲圖象的方法，包括如下步驟-由立體聲輸入信號產生具有增強了的立體聲圖象的立體聲輸出信號，-可控地混合立體聲輸入信號和立體聲輸出信號以提供處理了的立體聲輸出信號，其特征在于，在高信號電平時，控制混合以減小立體聲圖象的增強程度。
全文摘要
本發明提供一種立體聲音頻信號處理裝置來可變地增強立體聲圖象,其中,立體聲圖象增強程度在高電平時降低以減小畸變。該裝置可用于立體聲音頻再生系統以增強立體聲圖象,該系統可能是一個視聽再生系統的一部分。本發明還涉及到一個立體聲增強電路和一個增強立體聲輸入信號的立體聲圖象的方法。
文檔編號H04S7/00GK1207234SQ97191619
公開日1999年2月3日 申請日期1997年10月3日 優先權日1996年11月8日
發明者R·M·阿茨, P·A·C·貝杰, R·T·J·托仁德克斯 申請人:菲利浦電子有限公司