CN1722611A - 音频信号处理装置和音频信号处理方法 - Google Patents

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Abstract

提供从小输出到大输出范围以与输入音频信号对应的最佳的电力使放大器高效率地工作的音频信号处理装置。在音频信号处理装置中，运算器运算从音量部输出的信号电平和由电平检测而检测出的信号，将与音频输出信号电平对应的电力条件求出并将该信号发送给电力供给部。对放大部输入由变换部进行了信号变换的信号并从电力供给部供给预先由运算器计算出的最佳的电力。

Description

音频信号处理装置和音频信号处理方法
该申请要求2004年7月14日提交的日本专利申请No.2004-206633的优先权，其内容全部作为参考清楚地合并于此。
技术领域
本发明涉及用于音频装置的音频信号处理装置和音频信号处理方法，具体是涉及能够向放大器供给与音频输出信号电平对应的适当电力而使放大器从音量的小输出范围到大输出范围高效率地工作的音频信号处理装置和音频信号处理方法。
背景技术
应用于使用小型光盘(MD)、光盘(CD)、数字多功能光盘(DVD)等的音频装置的音频信号处理装置，设置了用于放大驱动音频扬声器的音频用功率放大器(PA)和用于供给与音频信号最大输出值对应的电力的电力供给部。
以往，电力供给部设计成在总是保持恒定电压的同时，在使音量最大的音频最大输出时能够将最大电力供给功率放大器。例如，在日本专利申请公开2001-77634号中公开了一种音频信号处理装置，其中，在从电力供给部供给最大电压+Vdd(以下称为+B)和-Vdd(以下称为-B)并由音量部对来自输入端子的音频输入信号进行音量调整之后，从输出端子输出由音频用功率放大器放大的音频输出信号。该音频信号处理装置的音频用功率放大器以最大电压+Vdd和-Vdd在音频最大输出时进行高效率工作，例如，作为模拟放大器进行A类、B类或者AB类工作。
然而，在现有的音频信号处理装置中，即使在从音量小的音频输出的小电平到音量为中等电平时，也对音频用功率放大器供给最大电压+Vdd和-Vdd而进行A类、B类或者AB类工作。即，由于电力负载效率(add)比最大输出时大幅降低，而正常工作时的平均电力负载效率(add)降低到几％程度，所以存在产生浪费的电力的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供按照消除这样的从音频输出的小电平到中等电平时产生浪费的电力且放大供给与音频信号最大输出值对应的电力的方式，从小电平输出范围到大电平输出范围高效率地进行工作的音频信号处理装置。
为了达到上述目的，本发明的实施方式的音频信号处理装置，具有：
将输入音频信号变换为数字信号的接口部；
处理从上述接口部供给的数字音频信号的数字信号处理器；
计算从上述数字信号处理器输出的数字音频信号的音量的音量部；
将由上述数字信号处理器处理的音频信号放大并发送给声音输出部的放大器；以及
供给上述放大器的工作所需要的电力的电力供给部；
上述音频信号处理装置的特征在于，具有：
检测供给到上述数字信号处理器的数字音频信号电平的电平检测部；以及
输入来自上述电平检测部的电平信号和来自上述音量部的音量计算信号，运算最佳的电力条件并发送与音频信号对应的最佳的电力条件的运算部；
其中，将由上述运算部计算出的电力条件值发送给上述电力供给部，将最佳的电力供给上述放大器。
本发明的音频信号处理方法，其中，
由接口部将输入音频信号变换为数字信号；
由数字信号处理器处理上述变换的数字音频信号；
计算由上述数字信号处理器处理的数字音频信号的音量；以及
为了将上述计算出音量的音频信号用放大器进行放大并发送给声音输出部而从电力供给部供给上述放大器的工作所需要的电力；
上述音频信号处理方法的特征在于：
检测供给到上述数字信号处理器的数字音频信号电平；以及
由输入上述检测出的电平信号和来自上述音量部的计算信号的运算部运算最佳的电力条件；
其中，将上述计算出的最佳的电力作为基于电力条件值的电力使上述放大器进行工作。
下面，通过参照附图详细描述具体实施方式，将使本发明的更多特征、方式和优点变得清楚。
作为该说明书的组成部分的附图例示了本发明的各种实施例和/或特征，与叙述一起说明本发明。在图中对相同或相似的部分使用相同的参照符号。本发明的典型实施例的详细情况如附图的例示。以下，在附图中简单地说明。
附图说明
图1是表示本发明的实施例的音频信号处理装置的结构的框图。
图2是图1的音频信号处理装置的放大部的输出波形图。
图3是本发明的实施例的另一音频信号处理装置的放大部的输出波形图。
图4是表示本发明的实施例的另一音频信号处理装置的结构的框图。
图5是表示本发明的实施例的另一音频信号处理装置的结构的框图。
图6是表示本发明的实施例的另一音频信号处理装置的结构的框图。
具体实施方式
参照图1对本发明的音频信号处理装置的实施例进行说明。图1是表示全数字型的音频信号处理装置的结构的框图。
如图1所示，本发明的实施例的音频信号处理装置100，由音频数字信号的输入端子2、数字接口(I/F)部3、数字信号处理器(DSP)4、检测音频信号的电平的电平检测器5、音量部6、运算器7、变换部8、放大部9、电力供给部10和低通滤波器(LFP)11构成。
在输入端子2输入各种数字接口(I/F)部标准的、例如IEEE1394、通用串行总线(USB)、索尼菲利普数字接口(S/P DIF)等的音频数字信号。输入信号作为由数字接口(I/F)部3规定的格式的数据信号供给数字信号处理器(DSP)4。
数字信号处理器4，内装有只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)等的存储器和寄存器等，将从数字接口(I/F)部3供给的数据信号处理为数字信号。
电平检测器5检测供给到数字信号处理器(DSP)4的音频数据的信号电平、或者数字信号处理后的信号电平。
从数字信号处理器4输出的数字信号由音量部6进行音量调节并向变换部8发送。同时，音量部6的音量调节的调整信号发送给运算器7。
运算器7对来自音量部6的音量调整信号和由电平检测器5检测出的电平信号进行运算而求出与音频输出的信号电平对应的最佳的电力。
将由该运算器7求出的最佳的电力条件作为输出信号发送给电力供给部10。即，以电压恒定使电流值可变而获得作为最佳的电力的电力条件。
另外，也可以构成为，在内装于数字信号处理器(DSP)4或运算器7中的存储器内预先存储放大部9的输出级或功率晶体管等的特性信息，根据运算器7的运算结果调出该特性信息。
变换部8使用进行脉宽调制(PWM)变换的PWM变换器，将由音量部6进行了音量调整的音频数字信号变换为适合于功率放大的信号。变换的信号发送给放大部9。
电力供给部10，将基于与从运算器7发送的音频输出信号电平对应的最佳值信号的电力供给放大部9。
放大部9具备将从变换部8输出的PWM信号作为输入进行放大的预驱动器、以及由对预驱动器的输出信号进行功率放大工作的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)构成的驱动器。对来自预驱动器的输出信号进行功率放大的驱动器，作为数字功率放大器进行D类工作。
由放大部9进行了功率放大的音频数字信号经由低通滤波器(LFP)11供给扬声器12并作为期望的音量的音频信号输出。
图2A、2B是表示图1所示的音频信号处理装置的放大部9的输出A的输出波形的图。在此，表示从电力供给部10向放大部9供给正负电源(±电源)时的PWM变换器8的输出的放大波形，图2A表示音量值大的情况，图2B表示音量值小的情况。
如图2A所示，在音量值大且输入音频信号大的情况下，由于来自变换部8的输出信号比较长时间地连续地输入到放大部9，所以在放大部9需要大的电力。
在本发明的实施例中，由于预先由运算器7计算出的期望的最大电力从电力供给部10供给放大部9，所以作为放大器能够以高效率进行工作。
另一方面，如图2B所示，在音频输入信号小、音量值为小电平或者中等电平的情况下，由于来自变换部8的输出信号比较短时间地输入到放大部9，所以放大部9能够仅以小电力进行工作。
在这种情况下，在本发明的实施例中，由于预先由运算器7计算出的期望的小的电力从电力供给部10供给到放大部9，所以放大器也能够以高效率进行工作。
如上所述，在本发明的实施例的音频信号处理装置中，在由于放大部9的输出信号大、比较长时间地产生连续信号而需要大的电力的情况和由于放大部9的输出信号小、比较短时间地产生信号而只需要小电力的情况之中的任意一种情况下，根据音频输出信号电平，从电力供给部10向放大部9供给预先由运算器7计算出的最佳的电力。
因此，本发明的音频信号处理装置，能够使放大部9从小输出范围到大输出范围高效率地进行工作，能够比现有的音频信号处理装置有效地进行工作，从而能够大幅度地降低消耗电力。
在本实施例中，在小·中输出范围中，虽然根据音频输出信号电平使电压恒定而使电流值变化，但也可以根据音频输出信号电平使电压和电流双方变化而使放大部9高效率地进行工作。
在本实施例的音频信号处理装置中，虽然将变换部8和放大部9分体地构成，但也可以使用由一体型进行变换信号处理和放大工作的PWM放大器。
而且，在本实施例的音频信号处理装置中，虽然音量部6只将单独的音量值输入运算器7，但也可以是，例如，运算多个音量值并输入运算器7，由运算器7对作为多个音量值的运算结果的总音量值和从电平检测5输出的信号进行运算。
图3表示本发明的音频信号处理装置的另一实施例的放大部的输出波形。虽然本实施例的音频信号处理装置的结构与上述实施例相同，但不同的是变换器和放大部是以单一电源(+B)进行工作的1比特(bit)变换器和放大部。1比特变换器进行应用Δ∑调制的1比特编码方式的1比特变换。
未图示的本实施例的音频信号处理装置的结构，对与上述的实施例相同构成部分附加相同符号而其说明省略。
如图3所示，在音量值大且输入音频信号大的情况下，来自本实施例的音频信号处理装置的1比特变换器8的输出信号比较长时间地连续地输入到放大部9，放大部9需要大的电力。而由于预先由运算器7计算出的期望的最大电力从电力供给部10供给，所以放大部9高效率地进行工作。
另一方面，在音量值为小电平或者中等电平且输入音频信号小的情况下，来自1比特变换器8的输出信号比较短时间地输入到放大部9，放大部9仅以小电力进行工作。
预先由运算器7计算出的期望的小的电力从电力供给部10供给放大部9，其作为放大器高效率地进行工作。
这样，在本实施例的音频信号处理装置中，使用以单一电源(+B)进行工作的1比特变换器和放大部，具有与上述实施例同样的效果。
在本实施例中，虽然分别地使用了1比特变换器和放大部9，但也可以使用使二者一体化而进行信号处理和放大工作的1比特放大器。
此外，也可以代替1比特变换而使用PCM方式等进行多比特量化。
图4是表示本发明的全数字型的音频信号处理装置的结构的框图。本发明的全数字型的音频信号处理装置110与图1的实施例的结构相同，由输入端子2、数字接口(I/F)部3、音量部6、变换部8、放大部9、电力供给部10和LPF11构成。
与图1的实施例不同，在本实施例中，内装有ROM、RAM等的存储器和寄存器等的数字信号处理器4、电平检测5和运算器7构成音频数字信号处理器(音频DSP)40。
音量部6，对从数字信号处理器(DSP)4输出的信号根据信号电平进行音量调整，并且将该调整信号发送给音频DSP40内的运算器7和变换部8。
此外，来自音量部6的调整信号作为增益控制信号发送给放大部9而控制放大部9的输出信号的增益。
即，在本实施例的音频信号处理装置中，由于在音量部6增加了放大部9的输出信号的增益控制功能，所以与在图1的实施例所述的效果一起能够实现放大部9的输出信号的增益控制。
因此，利用音量部6的音量值和放大部9的增益值运算总音量值。
图5表示使用模拟放大器的本发明的音频信号处理装置的实施例的结构。对与图1的实施例相同的构成部分附加相同符号而省略其说明。
图5所示的音频信号处理装置120，由输入端子2、数字I/F3、数字信号处理器(DSP)4、电平检测器5、数字模拟转换器(DAC)13、运算器7、音量部6、模拟功率放大器(PA)25和电力供给部10构成。
数字模拟转换器(DAC)13将从数字信号处理器(DSP)4输出的音频信号变换为模拟信号。
音量部6将从数字模拟转换器(DAC)13供给的输出信号调整为任意的音量，并且将该调整信号发送给由多级的双极性晶体管构成的功率放大器(PA)25。
由于电力供给部10将预先由运算器7计算出的最佳的电力供给功率放大器(PA)25，所以功率放大器(PA)25作为放大器能够以高效率进行工作。
即，在本实施例的音频信号处理装置中，由于当从音量部6向功率放大器25输入信号时，根据音频输出信号电平预先由运算器7计算出的最佳的电力从电力供应部10供给到功率放大器25，所以获得了与图1的实施例的说明同样的效果。
另外，在本实施例中，虽然进行了在功率放大器(PA)25使用多级的双极性晶体管的说明，但也可以使用1级的双极性晶体管。
图6表示本发明的数字/模拟/数字变换型的音频信号处理装置的结构。在本实施例中，对于与图1的实施例相同构成部分也附加相同符号并省略该部分的说明，而仅对不同的构成部分进行说明。
图6的音频信号处理装置130，由输入端子2、数字I/F3、音频数字信号处理器41、数字模拟转换器(DAC)13、音量部6、变换部8、放大部9、电力供给部10、LPF11和控制器26构成。
虽然音频输入信号由数字I/F3规定，但也可以将模拟信号通过模拟-数字转换器(ADC)输入到数字I/F3。
音频数字信号处理器41，由内装有ROM、RAM等的存储器和寄存器等的数字信号处理器(DSP)4、电平检测5构成。
数字模拟转换器(DAC)13将从数字信号处理器4b输出的音频信号变换为模拟信号。
音量部6将从数字模拟转换器(DAC)13输出的信号输入并调整为任意的音量，并且将该信号发送给变换部8。在控制器26中内装有运算器7。
在本实施例的音频信号处理装置130中，由于设置将从数字信号处理器(DSP)4输出的音频信号变换为模拟信号的数字模拟转换器(DAC)13，音量部6将来自DAC13的输出信号输入并调整为任意的音量，并且将该调整信号发送给变换部8，因而具有与图1的实施例同样的效果。
虽然上述音频信号处理装置的实施例应用于音频装置，但并不局限于此，例如，本发明也能够应用于具备音频输出功能的视频设备等中的音量调整处理。
此外，也可以在上述音频信号处理装置的实施例的放大部使用驱动用模块。
在图6的实施例中，虽然在控制器中内装有运算器，但也可以使其内装电平检测和运算器
考虑到在此公开的本发明的详细说明和实施例，与本发明一致的其它实施方式对本领域的技术人员来说是明显的。详细说明和实施例仅作为典型的例子，而本发明的实际范围和宗旨由下述权利要求所限定。

Claims (18)

1.一种音频信号处理装置，具有：
将输入音频信号变换为数字信号的接口部；
处理从上述接口部供给的数字音频信号的数字信号处理器；
计算从上述数字信号处理器输出的数字音频信号的音量的音量部；
将由上述数字信号处理器处理的音频信号放大并发送给声音输出部的放大器；以及
供给上述放大器的工作所需要的电力的电力供给部；
上述音频信号处理装置的特征在于，还具有：
检测供给到上述数字信号处理器的数字音频信号电平的电平检测部；以及
对从上述电平检测部输出的电平信号和从上述音量部输出的音量信号进行运算并发送与音频信号电平对应的最佳的电力条件的运算部；
其中，根据来自上述运算部的电力条件值将电力从上述电力供给部供给上述放大器。
2.根据权利要求1所述的音频信号处理装置，其中，
上述数字信号处理器或者上述运算部具有存储上述放大器的输出级的特性信息的存储器；上述运算部根据运算结果将上述特性信息调出并作为上述电力条件发送。
3.根据权利要求1所述的音频信号处理装置，还具有：
将从上述数字信号处理器输出的数字音频信号变换为适合于数字放大器的信号处理的信号的变换部。
4.根据权利要求3所述的音频信号处理装置，其中，
当从上述音量部输出的音量信号为小至中等电平且上述输入音频信号小时，上述变换部将信号短时间供给上述放大器。
5.根据权利要求1所述的音频信号处理装置，其中，
从上述运算部供给的输出条件是使电压恒定而使电流值可变来确定最佳电力。
6.根据权利要求5所述的音频信号处理装置，其中，
从上述运算部输出的输出条件是使电压和电流值可变来确定最佳电力。
7.根据权利要求1所述的音频信号处理装置，其中，
上述运算部由来自上述音量部的单一或者多个音频信号调整值计算总体的音量值。
8.根据权利要求1所述的音频信号处理装置，还具有：
将从上述数字信号处理器输出的信号变换为模拟信号的数字模拟转换器；
其中，上述音量部根据上述变换的模拟信号进行音频信号的音量调整，
上述运算部根据从上述音量部供给的单一或者多个音量值和来自上述电平检测器的信号计算总音量值。
9.根据权利要求1所述的音频信号处理装置，其中，
来自上述音量部的音量调整信号发送给上述运算部并且作为增益控制信号供给上述放大器。
10.根据权利要求3所述的音频信号处理装置，具有：
上述变换部与上述放大器被一体化而进行信号处理和放大工作的PWM放大器。
11.根据权利要求3所述的音频信号处理装置，其中，
上述变换部是用单一电源进行工作的1比特变换器。
12.根据权利要求11所述的音频信号处理装置，其中，
上述1比特变换器和上述放大器被一体化为1比特放大器。
13.根据权利要求3所述的音频信号处理装置，其中，
上述变换部是PCM多比特变换器。
14.一种音频信号处理方法，其中，
由接口部将输入音频信号变换为数字信号；
由数字信号处理器处理上述变换的数字音频信号；
计算由上述数字信号处理器处理的数字音频信号的音量；以及
为了将上述计算出音量的音频信号用放大器进行放大并发送给声音输出部而从电力供给部供给上述放大器的工作所需要的电力；
上述音频信号处理方法的特征在于：
检测供给到上述数字信号处理器的数字音频信号电平；以及
由输入上述检测出的电平信号和来自上述音量部的计算信号的运算部运算最佳的电力条件；
其中，将上述计算出的最佳的电力作为基于电力条件值的电力使上述放大器进行工作。
15.根据权利要求14所述的音频信号处理方法，其中，
进而将从上述数字信号处理器输出的数字音频信号变换为适合于数字放大器的信号处理的信号。
16.根据权利要求14所述的音频信号处理方法，其中，
上述运算部由来自上述音量部的单一或者多个音频信号调整值计算总体的音量值。
17.根据权利要求14所述的音频信号处理方法，其中，
进而由数字模拟转换器将从上述数字信号处理器输出的信号变换为模拟信号；
根据上述变换的模拟信号进行音频信号的音量调整；以及
根据从上述音量部供给的单一或者多个音量值和来自上述电平检测器的信号计算总音量值。
18.根据权利要求14所述的音频信号处理方法，其中，
来自上述音量部的音量调整信号发送给上述运算部并且作为增益控制信号供给上述放大器。
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