用于最佳电视立体声分离的音量控制

本发明一般地说涉及音量控制领域，更确切地说，是针对具有 最佳立体声分离的电视信号的音量控制。

图1示出了一个通常的电视立体声声频基带频谱。该频谱反映 了BTSC(广播电视制式委员会)立体声的特征，BTSC立体声一般称作M TS(多声道电视伴音)立体声。MTS声频频谱由主信道110和副信道11 1组成。该MTS频谱与单声道和立体声电视是兼容的。单声道电视将 只接收和播放主信道110。立体声电视将接收主信道110和立体声副 信道111，并把它们复合，分别地按左和右立体声声道播放。主信 道110载有左与右信道之和(L＋R)。立体声副信道111载有左与右信 道之差(L－R)。立体声副信道被DBX信号压缩器和扩展器压缩，这种 压缩器和扩展器可以从BSR北美有限公司(BSR North America，l＋d) 获得，如在市场上可以买到的MTS压缩器和解码器里所使用的。在M TS立体声信号被调制向电视机发送时，产生(L－R)立体声副信道111 的压缩。在电视机中，一个MTS解码器将对该(L－R)立体声信道进行 去压缩。去压缩之后，该MTS解码器把(L＋R)主信道110与(L－R)主体 声副信道111复合，以产生分离的左和右立体声声道。主信道110与 立体声副信道111按照等式1和2进行复合：

   (L＋R)＋(L－R)＝2L             (1)

   (L＋R)＋(L－R)＝2R             (2) 通过MTS解码器的解码之后，为了进行电视音量控制，分离的左与右 声道此时可以就幅度进行调整。

在扩展之前，当人们欲想调整一个已编码的立体声电视信号的 音量时，发现了一个问题。在解码之前，一个立体声电视信号包含 着一个被压缩的如同立体声副信道111的立体声信道。当一个与图1 相似的声频频带信号被衰减以便调整音量时，被压缩的副信道111 被衰减到与未被压缩的信道110相等。然而，副信道111经一个立体 声解码器扩展之后，和主信道110一样，副信道111可能大约具有二 倍的衰减。当被衰减两倍的(L－R)副信道111与(L＋R)主信道110复合 时，不良的立体声分离于是便产生。

图2(a)示出了没有衰减的压缩和扩展，而图2(b)示出了具有衰 减的压缩和扩展的二倍衰减的效果。在图2(a)和2(b)中，示出了在 112处被压缩之前，在113处压缩和114处扩展的副信道111。图2(b) 示出了在113处被压缩信号的衰减，它使被扩展信号114产生了两倍 的衰减，等式3和4表明了主信道110的衰减A和立体声副信道111的 两倍衰减2A是如何产生不良立体声分离的：

A(L＋R)＋2A(L－R)＝A(3L－R)    (3)

A(L＋R)－2A(L－R)＝A(3R－L)    (4)

为了发送的目的压缩信道以减少噪声。在MTS立体声中使用的 压缩按照在图2(a)和2(b)中所示的对立体声副信道111进行压缩。 在图示中被压缩的信号113高于噪声电平120，以减少发送中的噪音。

通常在家中，在电视的调谐和/或立体声解码之前调整伴音音 量。如图3所示，在电视211接收之前，除了信道调谐外，置顶电缆 电视(set top cable TV)变换器210经常执行伴音音量控制。通常 置顶变换器210除了具有远端控制的电视211外，还将具有远端音量 和信道控制。此外，在电视211接收之前，盒式磁带录像机(VCR) 212可以执行伴音音量的控制也是可能的。在这样的例子中，电视 观看者可在置顶变换器210、VCR212或电视211中的任何一处进行音 量控制。

当置顶变换器210通过衰减没有被压缩的(L＋R)主信道和被压缩 的(L－R)立体声副信道来调整伴音音量时，已经发现的立体声分离 的问题在上述图3所示结构中也会出现。当(L－R)立体声副信道被扩 展并与未被压缩的(L＋R)主信道复合时，不良的立体声分离就会产 生。

现有技术中公知的置顶变换器仅在当它们接通电源时才具有调 整音量的能力。这就可能提出一个问题，即音量可能被预置在一个 高声级上。当变换器被接通时，在电视机附带的扬声器上能够产生 一个高声级的干扰伴音。而且，在接通置顶变换器之前，用户无法 确定音量的声级。

带有一个内部盒式磁带录像机(VCR)定时器的置顶变换器在一 个预定时间被接通并调谐到一个预定的频道上，以便在(VCR)上录 制节目。通常，当置顶变换器被接通时，音量就被设置在事先手动 设置的一个音量等级上。这就提出一个问题，即由于VCR定时器的使 用，则不能急提供最佳的立体声分离。

本发明解决上述的问题，按照下面的发明目的，它具有迄今为 止最新的优点和特征：

本发明的一个重要目的在于提供一种具有音量控制的电缆电视变 换器，它提供立体声声频信号的最佳立体声分离以及接近最佳的信噪 比和失真。

本发明的另一目的是提供一种具有音量控制的电缆电视变换器， 它显示音量设定并指示立体声声频信号的最佳立体声分离。

本发明的另一目的是提供一种电缆电视变换器，它具有开关型电 源插座或类似装置，具有立体声声频信号的音量控制而不论该开关型 电源插座处于开或关状态，具有显示音量设定能力而不论该开关型电 源插座处于开或关状态，还具有指示立体声声频信号的最佳立体声分离 的能力而不论该开关型电源插座处于开或关状态。

按照本发明，所提供一个置顶变换器，按照一个提供最佳立体声 分离的特定声级，把声音音量控制在一个预定的等级上。一个解调器 对置顶变换器的输入进行解调，以提供一个基带声频信号。电 子音量控制装置在一个微处理器控制器的控制下对基带声频信号的 幅度进行调整。音量控制后该基带声频信号被再次调制，以便发 送给电视机或类似的设备。用户经与微处理器控制器相连的键盘和 显示器来调整音量控制。当置顶变换器全部的增益被设置到特定的 等级时，就实现了最佳立体声分离。当微处理器控制器为最佳立体 声分离设置特定等级时，在显示器上便提供有一个最佳立体声分离 指示。在使用时，最佳立体声分离能够通过调整音量直到显示一个 最佳立体声指示来实现。

置顶变换器的增益通过微调使用了可变衰耗器的电子音量控制 装置的增益来效准。即使当该置顶变换器上的开关型电源插座或类 似的装置处于断开状态时，用微处理器控制器实现音量的调整与显 示也是可能的。而且，当VCR定时器接通置顶变换器时，微处理器 控制器是已编程的，以使音量设置在最佳立体声分离的等级上。

图1是一个波形图，它示出了一个通常的基带立体声信号的声 频频谱。

图2(a)波形图示出了一个通常的立体声副信道波形的通常压缩 和扩展。

图2(b)波形图示出了被压缩立体声副信道的衰减是如何影响被 扩展立体声副信道的衰减的。

图3的方框原理图示出了一个电缆置顶变换器与具有可变音量 控制的一台电视机或盒式磁带录像机连接的一种通常的布局。

图4(a)的波形图示出了相对于调制频率的立体声分离特性曲线。

图4(b)的波形图示出了相对于调制频率的信噪比和声频信号输 出的清晰度。

图5是为实现具有最佳立体声分离的音量控制器的本发明最佳 实施例的方框原理图。

图6是本发明的一个最佳实施例的方框原理图，它详细地示出 了图5中为提供具有最佳立体声分离的音量控制的控制器420。

图7是一个定时图，它示出了图6中6比特时钟分频器531的输出。

图8(a)-8(b)示出了对最佳立体声分离和音量等级指示的各种 显示。

参见下面的描述以及附图，本发明上述的目的和特征将会变得 清楚明了。

在最佳实施例中，音量等级采用数字式控制，具有64个不同的 音量等级。这些等级被编号为0-63并且能由置顶变换器的用户递 增或递减。尽管本发明的原理涉及的是一个电缆电视的置顶变换器， 但是该原理同样适用于具有音量控制的盒式磁带录像机，广播卫星 接收机/解码器，收费电视频道解码器或类似的设备。音量等级的数 码被良好地显示在置顶变换器上，例如，按照图8(a)-8(b)所示的 交替显示的方式。

图4(a)示出了相应于图5中调制器440对声频信号进行频率调制 的，音量等级0至63之间的变化。如图4(a)所示，最佳立体声分离 发生在25KH2的频率调制处。相应于数字45所指示的音量等级。图4 (b)示出了信噪比和置顶变换器输出信号的清晰度。清晰度特性曲 线典型地表示了谐波失真的反面。当一个信号的倍频干扰该信号时， 谐波失真就会发生。在图4(b)中，当信噪比随着调制频率的增大而 提高，清晰度变得更坏。失真与信噪比之间的平衡是在靠近两条特 性曲线的交叉点处实现的。信噪比特性曲线与清晰度特性曲线的交 叉点稍微越过25KH2的最佳立体声分离频率点。因此，虽然本 发明工作在最佳立体声分离点，但也工作在靠近最佳信噪比和失真 等级的频率点上。

图5示出了本发明最佳实施例的置顶变换器的方框图。关于调 谐、对声频或与其相关的视频进行的鉴频或其他处理的细节在这里 都未示出。在该实例中，声频信号被调制在4.5MH2的声频载波频率 上。解调器402从声频载波中解调出声频基带信号，并且它包含有 限幅器410，鉴频器411和电子音量控制装置412。由电子音量控制 装置412和可变衰耗器430完成音量控制后，该声频基带信号被调制 器440再次调制。虽然可以选择其他频率的声频载波，但是调制器4 40再次将基带声频信号调制在4.5MH2的声频载波上。

在解调器402内，限幅器410是一个中频限幅放大器，它接收来 自一中频载波检波器(未示出)的输入410。鉴频器411作为一个调频 检波器工作，用于从4.5MH2的声频载波中的解调出声频基带信号。 电子音量控制装置412经滤波器421由控制器420控制。电子音量控 制装置412按照从滤波器421输入的电压等级电子式地衰减已解调的 声频基带信号。解调器402可以是一个电视伴音频解调器，例如Mits rbishi线性集成电路M5144P。

控制器420根据由键盘423命令指示的音量等级来控制电子音量 控制装置412的衰减。显示器442显示0-63内的一个数值。该数值 表示用户在键盘上所选择的音量等级。虽然本发明中仅使用了64个 音量等级，但是任何离散数值的音量等级也可以使用。甚至在一个 模拟系统中可以使用非离散的音量控制。而且，其他形式的显示器 例如长度可变条形信号指示器也可以使用，而不采用数字式音量等 级显示器。

控制器420输出一个脉冲宽度调制信号(PWM)。脉冲宽度调制信 号的占空因数控制着电子音量控制装置412的衰减。滤波器412是一 个低通滤波器或者是一个对来自控制器420的脉冲宽度调制信号(PW M)起平滑作用的同等装置。被平滑的脉冲宽度调制信号近似于一个 直流电平，用于电子音量控制装置412的控制。虽然本发明使用一 个被滤波成直流电平的脉冲宽度调制信号来控制电子音量控制412， 但是也可以使用其他的电子音量控制装置。例如，控制器420可以 直接输出一个不需要脉冲宽度调制的直流电平。而且，可以使用一 个线性运算放大器来替换用于可变衰减的电子音量控制装置。该运 算放大器可以根据一控制器提供的电压，电流或阻抗的等级来进行 工作。可变衰耗器430最好是一个微调电阻器。可变衰耗器430把解 调器402连接到调制器440，可变衰耗器430与电子音量控制装置412 一起决定着声频信号的全部衰减。

在本发明中，最佳立体声分离是利用在立体基带信号上的单位 增益实现的。利用单位增益，被扩展并与(L＋R)主信道110的幅度进 行复合的(L－R)立体声副信道111的幅度将被匹配，以实现最佳立体 声分离。当扩展时，接近两倍的立体声副信道111的衰减会被引入。 除了单位增益外，任何其他增益在扩展时都会使立体声副信道111 的衰减加倍。非单位增益将会使(L－R)副信道111与(L＋R)主信道110 失配，于是就产生了不良立体声分离。当通过置顶变换器的全部增 益为1时，最佳立体声分离就实现了。

可变衰耗器430连同电子音量控制装置412一起被进行调整，以 提供单位增益。本发明随意地选取音量等级45作为最佳立体声分离 等级。除了该数值标号45以外，可选取任何其它的标号来表示最佳 立体声分离等级。

在组装置顶变换器时，因为最佳立体声分离在45处，所以必须 通过调整可变衰耗器430来校准该置顶变换器。为了执行调整，在 键盘430上指令置顶变换器调到等级45。在这一等级，调整可变衰 耗器430，以便使置顶变换器的整个衰减为单位增益。此后，该置 顶变换器呈现单位增益，无论何时键盘423指令一个等级45，最佳 立体声分离就会实现。

图6详细地示出了控制器420。微处理器510按照来自键盘423经 输入/输出520接收并存贮在存贮器501中的信息数字式地控制脉冲 宽度调制电路。时钟分频器531对8MH2振荡器530的输出进行，如图 7所示的6次二进位计数的分频(six bit count)。在最佳实施例中， 微处理器由一度被分频为4MH2的时钟分频器531的输出计时，时钟 分频器531的6比特输出被分别存贮在6比特分频时钟寄存器541，542 中。一个相应于零音量等级的6比特数字值被存贮在6比特0等级音 量寄存器543中。于是，6比特0等级音量寄存器543典型存贮的是00 0000。响应于由键盘423指令的音量，微处理器510在所产生的6比 特音量等级寄存器544中存入一个6比特指令音量等级。比较器545， 546比较它们各自的6比特寄存器的值。为防止寄生信号，比较器54 5，546的输出被与门547，548屏蔽。与门548的输出设置触发器549 为高电并，而与门547的输出设置触发器549为低电平，这样，脉冲 宽度调制信号就是具有一个脉冲宽度的触发器549输出，所说的脉 冲宽度取决于由微处理器510存贮在寄存器544中的6比特音量等级。 于是，由电子音量控制装置412产生的衰减可以通过图6中的脉冲宽 度调制电路经平滑滤波器421来调整。

图6中的电路最好能够安装在一块通常的集成电路上。脉冲宽 度调制电路可以按照上面所描述的构成，或者按照任何其他的在现 有技术中公知的脉冲宽度调制技术来实现。通常的集成电路可以另 外包含外加装置，如锁相环560，锁相环560连同调制器440一起使用， 以便对声频载波再次调制。对于该锁相环最好使用4.5MH2和7.8125 的时钟输入。这些时种输入可以通过时钟分频器直接从8MH2振荡器 530中获得。微处理器510可以是一个与通常的集成电路分离的装置， 或者是与该通常的集成电路合并在一起。而且，微处理器510可以 是置顶变换器唯一的微处理器，或者是仅共音量控制电路使用的单 独的微处理器。

图8(a)-8(d)示出了用于音量等级和最佳立体声分离指示的典 型的数码显示。图8(a)示出了音量等级设置在14的一种显示。图8 (b)示出了音量等级设置在最佳点45处的一种显示。图8(a)中示出 了音量指示器“V”650，用于指示一个音量等级的显示。因为图8所 示的显示被限定为7段字母，所以650处示出的指示器意欲近似一个 “V”字。当获得最佳立体声分离等级45时，图8(a)的音量指示器“V” 650将变为如图8(b)所示的“O”651。图8(c)示出了音量等级设置在 14处的一个交替的显示。图8(d)示出了音量等级在45处的一个显示。 图8(c)中示出了一个小数点652，用于指示一个音量等级的显示。 在图8(d)中示出了两个小数点652，653，用于另外指示达到在45处 的最佳立体声分离等级。控制器420适合于在控制器存贮器中存贮 一种特定的显示方法，即如图8(a)和图8(b)或图8(c)或图8(d)中所 示的。在显示器上，例如发光二极管指示器，液晶指示器或数码管 以及使用长度可变条形信号指示器，多段发光二极管或类似的设备， 都可以用于音量等级和最佳立体声分区指示的显示。

ON/OFF开关424打开和关闭置顶变换器的外围转接装置；例如 ON/OFF开关424可以是一个开关型交流电源插座426，用于向电视机 或其他用交流电的装置供电。按照本发明的一个置顶调谐器，其具 有音量控制的能力，而不管ON/OFF开关424是否打开或关闭了外围 转接设备。为了避免在深夜干扰别人，用户可以在打开开关424和 与其相关联的电视接收机之前，将音量调低。不管开关424是否已 向外围装置提供电源，音量都可以被控制。

不管ON/OFF开关424是否打开，也可以进行音量等级的显示。 当调整音量时，音量等级显示器提供即时的可视反馈以便给予用户 帮助。当用户指令一个音量时，置顶变换器中的电路检测其变化并 显示在显示器上。在上述这种情况下，微处理器和置顶变换器将使 显示器422具有按照选定的音量等级进行显示的能力。用户完成最 后的输入之后的一个预定时间之后。显示器可以被停止供电。此外， 在本发明的另外一个实例中，当用户完成一个输入后，而电源被切 断时，显示器能够保留所显示的内容，直到电源被接通。在本发明 的又一个实施例中，不管置顶变换器是接通电源，显示器都能够保 留显示。

置顶变换器也可以装备有一个如图6所示的内部盒式磁带录像 机(VCR)定时器511。内部VCR定时器511可以与一个VCR一起使用， 以便在一个预定的时间把置顶变换器打开并把该置顶变换器调谐到 预定的频道。这样，独立设定程序的VCR在预定的时间可以录制由 置顶变换器调谐的一个电视节目。当使用VCR定时器的置顶变换器 调谐预定的频道时，本发明的置顶变换器能更好地为最佳立体声分 离设定音量等级。这样，无论何时起动内部VCR定时器511来控制置 顶变换器，微处理器510都将指令电子音量控制装置412的衰减为最 佳立体声分区的等级，而不管音量等级被手动设置在哪。当内部VCR 定时器511完成置顶变换器的定时控制时，微处理器510可以把电子 音量控制装置412的衰减恢复到先前的手动地存贮在存贮器中的音 量等级。先前的音量等级是在手动操作期间由用户在键盘423输入 设定的等级。

尽管本发明已经在附图和前面的描述中详细地进行了阐述和描 述，但是，将会看到对那些在本技术内善长的人来说可以和将进行 变化和改进。例如，本发明的最佳音量控制能够实现一个单独的射 频信号的最佳放大，而无需解调和调制。此外，本发明的最佳音量 控制除了在电缆电视置顶变换器中使用外，够够容易地应用到VCR， 直接广播卫星接收机，收费电视解码器或具有音量控制的类似设备 中。上述的应用可以包含本发明的显示特性或VCR的定时器特性。