CN102804598B - 用于控制电池供电装置的音频信号的输出的方法和电路 - Google Patents

Abstract

提供了用于控制电池供电装置的音频信号的输出的方法和控制电路。确定电池的充电状况，并且在低充电水平的情况下，对音频滤波器/增益参数和/或音频压缩参数进行调整以降低功率消耗，从而通过降低声音质量允许较长的重现时间。

Description

用于控制电池供电装置的音频信号的输出的方法和电路

技术领域

本发明涉及用于控制电池供电(battery powered)装置的音频信号的输出的方法和控制电路。

发明内容

根据本发明的一个实施方式，提供了一种用于控制电池供电装置的音频信号的输出的方法。根据此实施方式，检测电池供电装置的电池的充电状况并响应于检测到的电池的充电状况对音频信号的滤波进行调整。

在电池供电装置领域，特别是例如移动电话、移动个人数字助理、移动音频回放装置(如MP3播放器)和移动计算机这样的移动装置，音频信号经由耳机或扬声器输出。音频信号可例如包括存储在移动装置中的或由该移动装置接收的音乐。并且，音频信号可包括移动电话的电话铃声或者该移动电话经过蜂窝网络接收的语音。特别地，当经由集成到移动装置中的扬声器回放音乐时，为扬声器放大音频信号的放大器所消耗的功率相当大。音频信号或者声音文件通过移动装置的扬声器的输出也称为“远场回放”，这比音频信号的经由连接到移动装置的耳机的输出要消耗更多的电能。对于使用例如每个具有8Ω电阻的两个扬声器的移动电话在假设主要由硬压缩的现代流行音乐组成的音乐材料被输出的情况下的功率消耗的典型数据是大约(1.7V²/8Ω)*2＝0.72W。这假定了输出信号的1.7V RMS平均值，当考虑到移动电话能够例如达到6.8V的峰峰值并产生2.4V RMS的最大额定值时，这个值是非常相关的值。移动电话的电池在3.6V下具有例如0.96Ah的容量，可以获得大约4.8小时的播放时间。这严重降低了移动电话的待机和通话时间。根据上面实施方式描述的所提出的方法，通过对音频信号进行适当的滤波，使得能节省30％或甚至更多的电池能量。

根据一个实施方式，对滤波进行调整，使得电池的充电状况越低，音频信号的低频的衰减调整得越高。衰减的低频的范围取决于使用的扬声器。对于在移动装置(例如移动电话)中通常使用的扬声器，这些低频在0到800Hz的范围中。但是，该范围可随着扬声器的尺寸而变化。对于较小的扬声器，低频可以在0到1000Hz的范围中，并且对于较大的扬声器，低频可以在0到400Hz或600Hz的范围中。根据电池的充电状况，低频的衰减可以在2dB到14dB的范围中选择。响应于电池的充电状况，通过调整滤波，特别地通过衰减低频，可以实现大量的电池能量节省，同时在完全充电电池时输出音频信号的质量不会降低以及在电池耗尽时质量仅有稍许降低。

根据一个实施方式，对电池充电状况限定了至少三个不同的充电状况范围，并且限定了至少三种不同的滤波设置。三个不同的滤波设置中的每一个与三个充电状况范围中的不同的一个相关联。将电池的当前充电状况与至少三个充电状况范围比较，并检测电池的当前充电状况与至少三个充电状况范围中的哪一个充电状况范围相对应。根据三种滤波设置中的与检测到的充电状况范围相对应的至少一个滤波设置，调整滤波。通过提供一定数量的滤波设置，所述滤波设置中的每一个与电池的一定的充电状况范围相关联，可以简化该方法的实现。滤波设置可以存储在用于配置电池供电装置的滤波器的单独的数据文件中，并且基于软件的例行程序可以监视电池电压并决定对滤波器采用哪种滤波设置。

根据该方法的另一实施方式，检测音频信号是经由扬声器输出还是经由耳机输出。根据检测出音频信号是经由扬声器输出还是经由耳机输出，调整所述滤波。由于扬声器可能具有与耳机不同的特性，因而必须调整滤波。并且，当音频信号经由扬声器输出时，响应于检测到的电池的充电状况的音频信号的滤波仅相当地影响能量消耗。当音频信号经由耳机输出时，响应于检测的电池的充电状况的音频信号的滤波可能是不需要的，这是因为用于耳机的放大器的功率消耗比用于扬声器的放大器的功率消耗要耗费少得多的能量。

根据另一实施方式，该方法还包括响应于检测的电池的充电状况，调整音频信号的动态范围压缩。当用于动态范围压缩的压缩器与用于滤波音频信号的滤波器共同使用时，可能会发生如下情况，如果低频被衰减以节省功率，则压缩器将感受到中频和高频会因而被放大，这降低了衰减低频的益处。当压缩器位于滤波器之后时这尤其可能发生。因此，响应于检测到的电池的充电状况并且因此响应于音频信号的调整的滤波，动态范围压缩的适当调整能够实现期望的电池能量节省。

根据本发明的另一实施方式，提供了一种用于控制电池供电装置的音频信号的输出的方法。该方法包括如下步骤。检测电池供电装置的电池的充电状况。响应于检测到的电池的充电状况对音频信号的动态范围压缩进行调整。通常，动态范围压缩可以包括音频信号的高电平的增益衰减。调整动态范围压缩可以以如下方式实现：当电池的充电状况在下降时，音频信号的高电平的增益衰减被降低。此外，可以调整响应于检测到的电池的充电状况的音频信号的滤波。如上所述，尤其地，响应于检测到的电池的充电状况，调整音频信号的滤波和动态范围压缩的组合能够在不显著影响输出音频信号的音频质量的情况下，节省电池能量。

根据一个实施方式，对电池限定了至少三个不同的充电状况范围，并且限定了至少三个不同的动态范围压缩设置。至少三个不同的动态范围压缩设置中的每一个与至少三个充电状况范围的不同的一个相关联。根据该实施方式，确定电池的当前充电状况与至少三个充电状况范围中的哪一个充电状况范围相对应。然后根据至少三个动态范围压缩设置中与所检测的充电状况范围相对应的至少一个动态范围压缩设置，对动态范围压缩进行设置。

根据该方法的另一实施方式，该方法还包括检测音频信号是经由扬声器输出还是经由耳机输出。根据检测出音频信号是经由扬声器输出还是经由耳机输出，附加地调整动态范围压缩。此实施方式分别实现扬声器和耳机的各自的特性能够达到动态范围压缩的最优调整。

根据本发明的另一实施方式，提供了一种用于控制电池供电装置的音频信号的输出的控制电路。该控制电路包括电池输入部和滤波器控制输出部，电池输入部用于检测所述电池供电装置的电池的充电状况，滤波器控制输出部用于控制对所述音频信号进行滤波的音频滤波器。控制电路被设置为响应于检测到的电池的充电状况来控制音频滤波器。

所述控制电路可以被设置为调整音频滤波器，使得电池的充电状况越低，音频信号的低频的衰减越高。所述低频可以限定在0到800Hz的范围。

根据一个实施方式，例如，在控制电路的软件中，对电池限定了至少三个不同的充电状况范围，并且对音频滤波器限定了至少三个不同的设置。该至少三个音频滤波器设置中的每一种与所述至少三个充电状况范围的不同的一个相关联。所述控制电路被设置为检测所述电池的当前充电状况与哪一个充电状况范围相对应，并将与检测到的充电状况范围相对应的音频滤波器设置提供给所述音频滤波器。

该控制电路还可以包括用于检测所述音频信号是经由扬声器输出还是经由耳机输出的输入部。该控制电路可以被设置为响应于该检测来附加地控制所述音频滤波器。

根据另一实施方式，该控制电路还包括用于控制压缩器的压缩器控制输出部。所述压缩器可以配置为对所述音频信号的动态范围压缩进行调整。所述控制电路根据检测到的所述电池的充电状况，控制所述压缩器。

根据本发明的又一个实施方式，提供了一种用于控制电池供电装置的音频信号的输出的控制电路。该控制电路包括电池输入部和压缩器控制输出部，电池输入部用于检测所述电池供电装置的电池的充电状况，压缩器控制输出部用于控制压缩器对所述音频信号的动态范围压缩进行调整。所述控制电路响应于检测到的所述电池的充电状况来控制所述压缩器。

所述压缩器的所述动态范围压缩可以包括对所述音频信号的高电平的增益衰减。并且所述控制电路按以下方式对所述压缩器进行控制：当所述电池的充电状况降低时，所述音频信号的高电平的增益衰减降低。作为另选，所述压缩器的所述动态范围压缩可以包括对所述音频信号的低电平的增益增强。在这种情况下，所述控制电路被设置为按以下方式控制所述压缩器：所述电池的充电状况越低，所述音频信号的低电平的增益增强越低。

根据一个实施方式，在所述控制电路中，对所述电池限定了至少三个不同的充电状况范围，并且对所述压缩器限定了至少三个不同的动态范围压缩设置。所述至少三个动态范围压缩设置中的每一个与所述至少三个充电状况范围中的不同的一个相关联。所述控制电路被设置为检测所述电池的当前充电状况与所述至少三个充电状况范围中的哪一个充电状况范围相对应，并在所述压缩器中设置为所述至少三个动态范围控制设置中与检测到的充电状况范围相对应的设置。

该控制电路还可以包括用于检测所述音频信号是经由扬声器输出还是经由耳机输出的输入部。所述控制电路可以响应于确定音频信号是经由扬声器输出还是经由耳机输出的该检测附加地控制所述压缩器。

根据一个实施方式，该控制电路还包括用于控制音频滤波器的滤波器控制输出部。该音频滤波器被设置为对所述音频信号进行滤波。所述控制电路响应于检测到的所述电池的充电状况来控制所述音频滤波器。

根据本发明的另一实施方式，提供了一种移动装置。该移动装置包括音频信号源，该音频信号源被配置为提供由所述移动装置输出的音频信号。来自所述音频信号源的音频信号可以包括将由所述移动装置输出的经解码的MP3信号或者任何其他种类的音乐或语音信号。该移动装置进一步包括用于为移动装置提供能量的电池。该移动装置进一步包括被配置为对所述音频信号进行滤波的音频滤波器以及被配置为调整所述音频信号的动态范围压缩的压缩器。音频滤波器可以被设置为将音频信号调整为与将音频信号作为声音信号发射的扬声器或耳机的特性相适应。压缩器可以用于根据输入到压缩器的音频信号的电平来控制音频信号的增益和/或衰减。并且移动装置包括具有电池输入部、滤波器控制输出部和压缩器控制输出部的控制电路。电池输入部耦合到所述电池，用于检测所述电池的充电状况。滤波器控制输出部耦合到所述音频滤波器，用于控制所述音频滤波器，例如用于调整所述音频滤波器的滤波特性。压缩器控制输出部耦合到所述压缩器并用于控制所述压缩器，例如用于调整动态范围压缩特性。所述控制电路被设置为响应于检测到的电池的充电状况来控制所述音频滤波器和所述压缩器。

上述的移动装置当输出音频数据时具有更长的操作时间，这是因为通过响应于检测到的电池的充电状况来控制音频滤波器和压缩器，降低了移动装置的放大器的功率消耗。移动装置可以是移动电话、个人数字助理、移动音频回放装置或移动计算机。

可以理解的是，上述实施方式的特征在适用的情况下可以彼此组合。

附图说明

在下文中将参照附图描述本发明的示例性实施方式。

图1示出了根据本发明一个实施方式的移动装置的框图。

图2示出了根据本发明一个实施方式的用于控制音频信号的输出的方法的流程图。

图3示出了根据本发明一个实施方式的第一动态范围压缩设置。

图4示出了根据本发明一个实施方式的第一音频滤波器设置。

图5示出了根据本发明一个实施方式的第二动态范围压缩设置。

图6示出了根据本发明一个实施方式的第二音频滤波器设置。

图7示出了根据本发明一个实施方式的第三动态范围压缩设置。

图8示出了根据本发明一个实施方式的第三音频滤波器设置。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的示例性实施方式。可以理解的是，下面的描述仅用于示例说明本发明的原理而并非对本发明进行限制。相反，本发明的范围仅由所附权利要求进行限定，而并非限制于下文中的示例性实施方式。

还可以理解的是，在下面对示例性实施方式的详细描述中，附图或说明书中所示的功能模块、装置、组件或者其他物理或功能性单元之间的任何直接连接或耦合也可以通过非直接的连接或耦合来实现。

还可以理解的是，这里描述的各个示例性实施方式的特征，除非在特别注明的情况下，否则可以彼此组合。

图1示出了根据本发明的移动装置1的一个实施方式。移动装置1包括音频信号源2、音频滤波器3、压缩器4、开关5、扬声器6、耳机连接器7、控制单元8和电池9。移动装置1可以是包括输出从移动装置1的内部存储器(未示出)回放的或者由移动装置1经由无线电频率接收的音频信号(例如，音乐)的功能的移动电话。并且移动装置1可以是个人数字助理、移动音频回放装置、移动计算机或者其他任何种类的电池供电移动装置。

来自音频信号源2的音频信号经过音频滤波器3和压缩器4传送到开关5。音频滤波器3可以用于根据电声转换器(例如扬声器6或者连接到耳机连接器7的耳机)的特性调整来自音频信号源2的音频信号。压缩器4可以用来通过动态范围压缩来控制滤波后的音频信号的电平。开关5选择性地将经过滤波并且压缩的音频信号传送到扬声器6或者耳机连接器7。耳机(未示出)可以连接至耳机连接器7。尽管在图1中仅示出了一个扬声器6，但是移动装置1可以包括多于一个的扬声器6，例如用于输出立体声音频信号的两个扬声器。

压缩器4还可以包括放大器，该放大器用于根据连接的电声转换器(例如扬声器6或者连接到耳机连接器7的耳机)的需要放大经滤波的音频信号。

控制电路8经由电池输入部10、滤波器控制输出部11、压缩器控制输出部12和输入部13分别连接到电池9、音频滤波器3、压缩器4和开关5。控制电路8经由电池输入部10耦合到电池9，并被设置为检测电池9的充电状况。经由滤波器控制输出部11，控制电路8耦合至音频滤波器3并被设置为调整音频滤波器3的滤波特性。控制电路8可以例如是数字控制器或者处理器，该数字控制器或者处理器包括其中存储用于配置音频滤波器3的不同信息块的存储器。根据从控制电路8向音频滤波器3提供的信息块，调整音频滤波器3的滤波特性。控制单元8经由压缩器控制输出部12耦合到压缩器4。与音频滤波器3的调整相似，可以经由压缩器控制输出部12对压缩器4进行配置。特别地，可以对压缩器4的动态压缩控制特性进行配置。结合图3至图8将描述滤波特性和动态范围压缩特性的细节。

最后，控制电路8经由输入部13耦合至开关14，以接收与开关5的当前开关状态有关的信息。

图2示出了根据一个实施方式的详细描述控制电路8的操作的流程图。在框20开始控制电路8的操作，此时，例如由移动装置1的用户在音频信号源2处开始输出音频信号。

在框21，控制电路8确定开关5的当前状态。如果开关5被设置为将来自压缩器4的音频信号传送到耳机连接器7，由控制电路8根据被设置为连接至耳机连接器7的耳机的一组音频滤波器和压缩器配置数据对音频滤波器3和压缩器4进行配置(框22)。如果控制电路8确定开关5被配置为将经压缩和滤波的音频信号传送到扬声器6，则控制电路8确定电池9的当前充电状况(框23)。

根据此实施方式，限定了三种不同的充电状况范围：第一充电状况范围“FULL”表示例如电池9被充电到其最大容量的67％到100％的范围中，第二充电状况范围“MEDIUM”表示电池9的充电状况在其最大容量的例如34％到66％的范围中，第三充电状况范围“LOW”表示电池9的充电状况在其最大容量的0％到33％的范围中。现在将检测的电池9的充电状况与三种充电状况范围FULL、MEDIUM和LOW进行比较(框24、26、28)。

如果电池9的当前充电状况落在了FULL范围中(框24)，由控制电路8根据第一设置对压缩器4的动态范围压缩和音频滤波器3的滤波进行配置(框25)。图3关于动态范围压缩示出这种第一设置，图4关于滤波示出这种第一设置。图4中X轴示出了频率，Y轴示出了音频滤波器3的滤波器设置的衰减的幅度。从图4的曲线图可以看出，在第一设置中，在800Hz左右的频率存在滤波，这在针对小扬声器(例如在移动电话中使用的扬声器)设计滤波器时是常见的。在图3中示出了压缩器4根据第一设置所执行的动态范围压缩的曲线。X轴表示输入到压缩器4的音频信号的输入电平，Y轴表示从压缩器4输出的音频信号的相应输出电平。字母a、b、c、d、e、f、g和h指示的曲线图示出了在第一设置中压缩器4的传递函数。可以看出，该传递函数是非线性的，这降低了较高的输入电平并且因此突出了较低的输入电平。这种动态范围压缩在经由小扬声器(例如在移动电话中使用的扬声器)输出音频信号时被广泛使用。在框25中根据第一设置配置音频滤波器3和压缩器4之后，该方法继续进行到如上所述的框21。

在电池9的当前充电状况未落到FULL范围中的情况下，在框26中测试电池9的当前充电状况是否落到MEDIUM范围。如果当前的电池充电状况落在该范围中(例如如果电池9当前包含其最大容量的34％到66％之间)，则如框27所示，根据第二设置对音频滤波器3和压缩器4进行配置。分别在图5和图6中示出了根据该第二设置的动态范围压缩的传递函数和滤波特性。与图4的特性相比，图6中所示的滤波器函数针对在大约100Hz到800Hz范围中的低频提供了大约6dB的衰减或滤波。这使得音频信号的声音具有较低的频率或者较少的低音，但是在放大该音频信号时这将节省大量的能量。图5示出了根据第二设置的动态范围压缩的传递函数。图5的传递函数由穿过点a、b、c、d、e、f、g和h的曲线指示。可以看出，第二设置的传递函数更加“直”。在框27中根据第二设置调整滤波和动态范围压缩后，图2的方法继续回到上述的框21。

如果在框26中确定电池9的当前充电状况未落到MEDIUM范围，则在框28中控制电路8确定电池9的充电状况是否落在了上面限定的LOW范围中。如果电池9的当前充电状况落到了LOW范围中，即电池9的当前充电状况为例如在电池9的最大容量的0％到33％之间的范围中，则在框29中根据第三设置调整音频滤波器3和压缩器4。在图8和图7中分别示出了根据第三设置的音频滤波器3的滤波特性和压缩器4的传递函数。从图8可以看出，与第一和第二设置的滤波(图4和图6)相比，图8中对低频有更强的滤波。这将使得声音具有甚至更少的低音，但是这将节省更多的能量。压缩器4的动态范围压缩的传递函数由如图7所示的穿过点a至h的曲线指示。根据第三设置的传递函数是线性的，这意味着没有动态范围压缩。在框29中根据第三设置对音频滤波器3和压缩器4进行设置之后，图2的方法继续回到上述的框21。

如果在框28中检测到当前电池充电状况未落到LOW范围中，则该方法继续回到上述的框21。

应当注意，尤其地，如果压缩器4如图1中所示位于音频滤波器3之后，并且当例如如图3中所示动态范围压缩被激活，并且如果例如如图8中所示低频被衰减以节省功率，则压缩器4将因此放大中频和高频，这将减少降低低频带来的节省能量的益处。因此，压缩器4的传递函数在图5中更直以及在图7中是线性的。

通过对音频滤波器3和压缩器4主要使用三种不同的配置设置，可以非常容易实现上述方法。控制电路8中简单的基于软件的例行程序可以监视电池9的充电状况或电压，并确定音频滤波器3和压缩器4将使用哪种设置。

从一种设置变换到另一种设置可以与和移动装置的用户的对话相结合，该对话向用户指示声音设置已经改变以保护电池寿命。

尽管上面描述了示例性实施方式，但是可以在其他实施方式中实现各种修改。例如，压缩器4和音频滤波器3的设置的数量可以不同于上述的三种设置。也可以使用与电池9的充电状况范围的对应数量相对应的两种不同的设置或者甚至多于三种不同的设置。并且，根据电池充电状况或电压，可以使用串联工作的两个或者更多个不同的基于频率的压缩器4，例如用于低频的一个压缩器和用于高频的一个或两个压缩器。

上面参照附图描述的实施方式可以在专用芯片中分别实现，或者上述实施方式的任意组合可以在组合这些实施方式的功能和特性的一个芯片中实现。并且，上述实施方式可以不仅仅用于移动电话，还可以用于包含电池并且适于输出音频信号的任何其他种类的电池供电的装置或者电池供电的移动装置。还可以理解的是，上述的全部实施方式被认为包含在本发明中，本发明被权利要求所限定。

Claims (6)

1.一种用于控制电池供电装置的音频信号的输出的方法，所述方法包括以下步骤：

检测所述电池供电装置的电池的充电状况；

检测所述音频信号是经由扬声器输出还是经由耳机输出；响应于检测到的所述电池的充电状况，调整所述音频信号的动态范围压缩；以及

响应于检测到的所述电池的充电状况，调整所述音频信号的滤波，

其中，所述动态范围压缩包括对所述音频信号的高电平的增益衰减，并且其中按照以下方式设置所述动态范围压缩：所述电池的充电状况越低，所述音频信号的所述动态范围越窄,

其中，当所检测的音频信号经由扬声器输出时，响应于检测到的电池的充电状况的音频信号的滤波仅影响能量消耗，当所检测的音频信号经由耳机输出时，不需要响应于检测的电池的充电状况的音频信号的滤波。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述电池限定了至少三个不同的充电状况范围，并且限定了至少三个不同的动态范围压缩设置，所述至少三个动态范围压缩设置中的每一个与所述至少三个充电状况范围中的不同的一个相关联，所述方法还包括以下步骤：

检测所述电池的当前充电状况对应于所述至少三个充电状况范围中的哪一个充电状况范围；以及

根据所述至少三个动态范围压缩设置中的与检测到的充电状况范围对应的一个动态范围压缩设置来调整所述动态范围压缩。

3.一种用于控制电池供电装置的音频信号的输出的控制电路，所述控制电路包括：

电池输入部，该电池输入部用于检测所述电池供电装置的电池的充电状况；

压缩器控制输出部，该压缩器控制输出部用于控制压缩器对所述音频信号的动态范围压缩进行调整；以及

滤波器控制输出部，该滤波器控制输出部用于控制音频滤波器对所述音频信号进行滤波，所述控制电路被配置为响应于检测到的所述电池的充电状况，控制所述音频滤波器，

其中，所述控制电路被配置为响应于检测到的所述电池的充电状况，控制所述压缩器，

并且其中，所述压缩器的所述动态范围压缩包括对所述音频信号的高电平的增益衰减，并且其中所述控制电路被配置为按照以下方式控制所述压缩器：所述电池的充电状况越低，所述音频信号的所述动态范围越窄,

所述控制电路还包括用于检测所述音频信号是经由扬声器输出还是经由耳机输出的输入部，其中所述控制电路被配置为当所检测的音频信号经由扬声器输出时，响应于检测到的电池的充电状况的音频信号的滤波仅影响能量消耗，当所检测的音频信号经由耳机输出时，不需要响应于检测的电池的充电状况的音频信号的滤波。

4.根据权利要求3所述的控制电路，其中，对所述电池限定了至少三个不同的充电状况范围，并且限定了用于所述压缩器的至少三个不同的设置，所述至少三个设置中的每一个与所述至少三个充电状况范围中的不同的一个相关联，所述控制电路被进一步配置为：

检测所述电池的当前充电状况与所述至少三个充电状况范围中的哪一个充电状况范围对应；以及

将所述至少三个设置中的与检测到的充电状况范围对应的设置提供给所述压缩器。

5.一种移动装置，所述移动装置包括：

音频信号源，所述音频信号源被配置为提供由所述移动装置输出的音频信号；

电池，所述电池被配置成为所述移动装置提供能量；

音频滤波器，所述音频滤波器被配置为对所述音频信号进行滤波；

压缩器，所述压缩器被配置为调整针对所述音频信号的动态范围压缩；以及控制电路，所述控制电路包括：

电池输入部，所述电池输入部耦合到所述电池以用于检测所述电池的充电状况；

滤波器控制输出部，所述滤波器控制输出部耦合到所述音频滤波器以用于控制所述音频滤波器；以及

压缩器控制输出部，所述压缩器控制输出部耦合到所述压缩器以用于控制所述压缩器，

其中，所述控制电路被配置为响应于检测到的所述电池的充电状况，控制所述音频滤波器和所述压缩器，其中所述控制电路是根据权利要求3到4中的任何一项所述的控制电路。

6.根据权利要求5所述的移动装置，其中，所述移动装置是从包括移动电话、个人数字助理、移动音频回放装置和移动计算机的组中选择的装置。