專利名稱：用于限幅檢測和信號修改的系統(tǒng)和方法
背景技術(shù)：
脈沖寬度調(diào)制(PWM)或D類信號放大技術(shù)已經(jīng)存在許多年了，然而，隨著開關(guān)模式電源(SMPS)的蓬勃發(fā)展變得更加流行。由于這項技術(shù)的出現(xiàn)，在將脈沖寬度調(diào)制應(yīng)用到信號放大應(yīng)用方面有了越來越大的興趣。這至少部分地是通過使用D類功率輸出拓樸結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的(線性的AB類)功率輸出拓樸結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)的顯著的效率改進(jìn)的結(jié)果。
開發(fā)信號放大應(yīng)用的早期嘗試對于放大使用了在早期開關(guān)模式電源中使用過的相同的處理方法。更加具體地說，這些嘗試使用了模擬的調(diào)制方案，這樣的調(diào)制方案導(dǎo)致極低的性能應(yīng)用。這些應(yīng)用實施起來極其復(fù)雜和昂貴。因此，這些方案沒有得到廣泛的采納接受。因此，在主流放大器應(yīng)用中D類技術(shù)的現(xiàn)有技術(shù)的模擬實施方案不能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的AB類放大器。
最近，數(shù)字脈沖寬度調(diào)制方案已經(jīng)浮出水面。這些方案使用∑-Δ調(diào)制技術(shù)產(chǎn)生用在新型數(shù)字D類實施方案中的脈沖寬度調(diào)制信號。然而，這些數(shù)字脈沖寬度調(diào)制方案對于消除脈沖寬度調(diào)制器集成在總的放大器解決方案中的主要障礙的貢獻(xiàn)甚微。因此，在主流應(yīng)用中D類技術(shù)仍舊不能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的AB類放大器。
在當(dāng)前的脈沖寬度調(diào)制放大器系統(tǒng)中存在的問題之一是，不能很容易地控制對于音頻信號的處理以實現(xiàn)優(yōu)化的性能。使用圖1的示意圖可以說明這個問題。圖1是說明現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)字脈沖寬度調(diào)制放大通道的某些基本部件的一個方塊圖。如圖1所示，放大通道100的部件包括噪聲整形器110、調(diào)制器120、和輸出級130。
高精度脈沖編碼調(diào)制(PCM)音頻數(shù)據(jù)(通常16比特或其以上比特寬)被輸入到噪聲整形器110，在這里對所說數(shù)據(jù)進(jìn)行量化。在一般情況下，將這個數(shù)據(jù)量化成約為5-10比特。然后將噪聲整形器110的量化輸出輸入到調(diào)制器120，調(diào)制器120將脈沖編碼調(diào)制(PCM)數(shù)據(jù)編譯成脈沖寬度調(diào)制(PWM)數(shù)據(jù)。在一般情況下，由調(diào)制器120產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包括高端信號和低端信號。使用這些信號來驅(qū)動輸出級130的高端和低端場效應(yīng)晶體管(FET)，輸出級130產(chǎn)生放大的脈沖寬度調(diào)制信號。通常，要對提供給輸出級130的信號進(jìn)行低通濾波處理以清除高頻噪聲。
現(xiàn)在參照附圖2，其中表示說明按照現(xiàn)有技術(shù)的噪聲整形器結(jié)構(gòu)的功能方塊圖。從圖2可以看出，噪聲整形器110由量化器210和濾波器220構(gòu)成。包括脈沖編碼調(diào)制音頻數(shù)據(jù)的輸入數(shù)據(jù)流與由濾波器220產(chǎn)生的濾波器數(shù)據(jù)組合在一起。將濾波器220的傳輸函數(shù)被設(shè)計成可以濾除輸入數(shù)據(jù)流和輸出數(shù)據(jù)流之間的差，以便衰減量化器在音頻頻帶中產(chǎn)生的噪聲并且放大較高頻率的噪聲。將量化器210被設(shè)計成可以通過映射所說數(shù)據(jù)為分立數(shù)目的輸出值來處理所說組合數(shù)據(jù)。由此，量化器210可以實現(xiàn)舍入功能(即，將接收的脈沖編碼調(diào)制數(shù)據(jù)舍入成最接近的量化值)和限幅功能(即，將在量化范圍之外的接收的脈沖編碼調(diào)制數(shù)據(jù)映射成可以表達(dá)的最大或最小值)。
當(dāng)量化器210的輸入超過量化范圍值時，量化器限幅所說的數(shù)據(jù)。量化器210的最終輸出類似于在普通的模擬放大器中的限幅，其中要從信號上除掉峰值。這樣就改變了由數(shù)據(jù)代表的音頻信號并且產(chǎn)生了可能是可以聽到的音頻假象。對量化器210接收的信號的這樣的限幅還可能引起量化誤差。量化誤差是量化器210的輸入和量化器210的輸出之間的差。當(dāng)量化器210對于信號進(jìn)行限幅的時候，量化誤差增加。量化誤差可能在噪聲整形器中產(chǎn)生不穩(wěn)定性，并且可能產(chǎn)生其它不期望的可聽得見的影響。
按傳統(tǒng)方式，解決在噪聲整形器中通過限幅所說信號引起的問題的方法是，使用與量化器分開的限幅電路限幅輸入信號而后再將其輸入到噪聲整形器。要對限幅電路進(jìn)行配置，以便將信號限幅在低于噪聲整形器中量化器的限幅電平的電平。雖然這的確緩解了量化誤差問題，若不然由于量化器的限幅可能會產(chǎn)生量化誤差，但是卻沒有根本消除由于限幅引起的信號的畸變，并且，甚至于還可能使問題惡化，這是因為限幅電路的限幅信號電平比量化器低的緣故。換另一種方式看，使用限幅電路會產(chǎn)生不期望的效果限制了輸出的最大范圍(調(diào)制指數(shù))，這不是絕對必要的。

發(fā)明內(nèi)容
以上概括的一個或多個問題可以通過本發(fā)明的各種不同的實施例來解決。廣義地說，本發(fā)明包括用于檢測音頻信號中的限幅狀態(tài)以及處理所說信號以緩和限幅狀態(tài)的系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明的一個實施例包括用于緩和現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的某些問題的一個系統(tǒng)，在這里，不是將輸入音頻信號限幅到一個固定的電平，而是使用可變的方式處理輸入音頻信號。例如，在某些時刻可以限幅所說輸入音頻信號，在另外一些時刻可以壓縮所說輸入音頻信號，而在其它時刻全然不改變所說的輸入音頻信號。
一個實施例包括一個系統(tǒng)，所說系統(tǒng)包括一個檢測器和一個信號處理器，所說檢測器被配置成可以檢測音頻信號中的限幅狀態(tài)，所說信號處理器可以接收來自檢測器的反饋信號，在這里，可將信號處理器配置成能夠響應(yīng)從檢測器接收的反饋信號來修改音頻信號。在一個實施例中，所說的系統(tǒng)包括噪聲整形器、調(diào)制器、輸出級、和幾個附加的部件。這些部件包括用于在噪聲整形器中檢測限幅狀態(tài)的檢測器和用于根據(jù)從檢測器接收的反饋處理輸入到噪聲整形器的音頻信號的信號處理器。信號處理器的作用可以是響應(yīng)檢測器檢測的不同的狀態(tài)以不同的方式修改輸入音頻信號。
一個實施例中，所說的系統(tǒng)還包括一個濾波器，對于檢測器的輸出進(jìn)行濾波，而后將這個信息作為反饋提供給信號處理器。反饋的濾波可用于防止信號處理器在音頻信號的限幅偶然發(fā)生的條件下修改音頻信號，同時允許信號處理器在音頻信號的限幅比較經(jīng)常發(fā)生的條件下修改音頻信號。在一個實施例中，所說系統(tǒng)還包括一個耦合在濾波器和信號處理器之間的標(biāo)記電路。將所說標(biāo)記電路配置成可以接收來自濾波器的濾波反饋信號，并且當(dāng)確認(rèn)濾波反饋信號時可以確認(rèn)提供給信號處理器的輸出信號。由標(biāo)記電路產(chǎn)生的輸出信號在信號處理器復(fù)位標(biāo)記電路之前一直保持被確認(rèn)的狀態(tài)。這樣就可以向信號處理器提供一個比簡單濾波的所說信號甚至于更加穩(wěn)定的反饋信號。
一個可替換的實施例包括一種方法，所說方法包括如下步驟檢測在音頻信號中的限幅狀態(tài)；和響應(yīng)對于限幅狀態(tài)的檢測修改音頻信號。就上述的實施例而論，限幅狀態(tài)和對于限幅狀態(tài)的檢測的響應(yīng)對于不同的實施例可以有所不同。在一個實施例中，在用于數(shù)字音頻放大器的取樣速率轉(zhuǎn)換器中實施所說的方法。
許多附加實施例也是可能的。


在閱讀了下面的詳細(xì)描述并且參照以下的附圖后，本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點都將變得顯而易見。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)數(shù)字式脈沖寬度調(diào)制放大通道的某些基本部件的方塊圖。
圖2是說明按照現(xiàn)有技術(shù)的噪聲整形器的結(jié)構(gòu)的功能方塊圖。
圖3是說明按照一個實施例的數(shù)字音頻放大通道的一部分的功能方塊圖。
圖4是說明按照一個實施例的限幅檢測器和信號處理器的使用情況的功能方塊圖。
圖5是說明按照一個實施例的信號處理器對于輸入音頻信號的響應(yīng)的曲線圖。
圖6是說明按照一個替換實施例的限幅檢測器、濾波器、和信號處理器的使用情況的功能方塊圖。
圖7是說明按照另一個替換實施例的限幅檢測器、限幅濾波器、以及限幅標(biāo)記和信號處理器的使用情況的功能方塊圖。
雖然本發(fā)明可以進(jìn)行各種不同的改進(jìn)和替換形式，然而，還要借助于附圖中的實例和附加的詳細(xì)描述來表示的本發(fā)明的特定實施例。然而應(yīng)該理解，不希望這些附圖和詳細(xì)描述將本發(fā)明限制在所描述的特定實施例。相反，本發(fā)明的公開內(nèi)容旨在覆蓋落在由所附的權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)的所有的改進(jìn)、等效物、和替換方案。
具體實施例方式
下面描述本發(fā)明的一個或多個實施例。要說明的是，以下描述的這些以及任何其它的實施例是示例性的，旨在說明本發(fā)明而不是限制本發(fā)明。
如這里所描述的，本發(fā)明的各種不同的實施例包括用于檢測音頻信號中的限幅狀態(tài)并且處理所說信號以緩解限幅狀態(tài)的系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明的一個實施例包括一種用于緩解現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的某些問題的系統(tǒng)，在這里，不是將輸入音頻信號限幅到固定的電平，而是用一種可變的方式處理輸入音頻信號。例如，在某些時刻可以限幅所說輸入音頻信號，在另外一些時刻可以壓縮所說輸入音頻信號，而在其它的時刻全然不改變所說的輸入音頻信號。在一個實施例中，所說的系統(tǒng)包括噪聲整形器、調(diào)制器、輸出級、和幾個附加的部件。這些部件包括用于在噪聲整形器中檢測限幅狀態(tài)的檢測器和用于根據(jù)從檢測器接收的反饋處理輸入到噪聲整形器的音頻信號的信號處理器。信號處理器的作用可以是響應(yīng)檢測器檢測的不同的狀態(tài)以不同的方式修改輸入音頻信號。
在一個實施例中，所說的系統(tǒng)還包括一個濾波器，對于檢測器的輸出進(jìn)行濾波，而后將這個信息作為反饋提供給信號處理器。對反饋的濾波可用于防止信號處理器在音頻信號的限幅偶然發(fā)生的條件下修改音頻信號，同時允許信號處理器在音頻信號的限幅比較經(jīng)常發(fā)生的條件下修改音頻信號。在一個實施例中，所說系統(tǒng)還包括一個耦合在濾波器和信號處理器之間的標(biāo)記電路。將所說標(biāo)記電路配置成可以接收來自濾波器的濾波反饋信號，并且當(dāng)確認(rèn)濾波反饋信號時可以確認(rèn)提供給信號處理器的輸出信號。由標(biāo)記電路產(chǎn)生的輸出信號在信號處理器復(fù)位標(biāo)記電路之前一直保持被確認(rèn)的狀態(tài)，這樣就可以向信號處理器提供一個比簡單濾波的所說信號甚至于更加穩(wěn)定的反饋信號。
下面描述各種不同的可替換的實施例，其它的實施例對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說將是顯而易見的。
現(xiàn)在參照附圖3，其中表示的是說明按照一個實施例的數(shù)字音頻放大通道的一部分的功能方塊圖。在這個實施例中，將脈沖編碼調(diào)制的數(shù)字音頻信號輸入到限幅阻止單元310。限幅阻止單元310可以處理或者不處理輸入音頻信號，這取決于從噪聲整形器320導(dǎo)出的反饋。在通過噪聲整形器320量化音頻信號后，將音頻信號提供給調(diào)制器330，調(diào)制器330將所說音頻信號轉(zhuǎn)換成一對脈沖寬度調(diào)制信號。這些信號然后提供給輸出級340，輸出級340產(chǎn)生一個脈沖寬度調(diào)制音頻信號。
如圖3所示，音頻信號以脈沖編碼調(diào)制信號的形式或PCM信號的形式提供給系統(tǒng)。脈沖編碼調(diào)制是用于編碼模擬數(shù)據(jù)的一種方案。脈沖編碼調(diào)制信號是二進(jìn)制的。即，不管模擬波形有多么復(fù)雜，只存在兩個可能的狀態(tài)，用邏輯1(高電平)和邏輯0(低電平)表示。使用脈沖編碼調(diào)制方案，數(shù)字化所有形式的模擬數(shù)據(jù)都是可能的，其中包括音頻數(shù)據(jù)。
為了獲得模擬波形的脈沖編碼調(diào)制音頻流，要以規(guī)則的時間間隔取樣模擬信號的幅度。取樣頻率是模擬波形的最大頻率的幾倍。量化每次取樣的模擬信號的瞬時幅度的方法是將其舍入成距一組特定的預(yù)定電平最近的整數(shù)。電平的數(shù)目是2的乘方，取樣的幅度由對應(yīng)于2的乘方的一組二進(jìn)制數(shù)字(比特)表示。例如，如果將模擬信號量化為64個(26)電平，則每次取樣由6個比特的一個組表示。如果將模擬信號量化為1024個(210)電平，則每次取樣由10個比特的一個組表示。
脈沖編碼調(diào)制音頻信號是通過信號處理器310處理的，并且將其傳送到噪聲整形器320。噪聲整形器320具有量化器321和濾波器322。脈沖編碼調(diào)制音頻數(shù)據(jù)通常是量化成16比特或更多比特的高精度數(shù)據(jù)。量化器321的目的是將音頻數(shù)據(jù)量化為更少數(shù)量的比特數(shù)。在一般情況下，量化器321產(chǎn)生5至10比特的音頻數(shù)據(jù)。濾波器322的目的是把由量化器321產(chǎn)生的噪聲移出音頻頻帶。換言之，濾波器322衰減音頻頻帶內(nèi)的噪聲，同時放大在音頻頻帶外部的噪聲。這是通過取得在輸入到噪聲整形器320的音頻信號和由量化器321輸出的音頻信號之間的差、濾波最終的差信號、并將其加到音頻信號而后再輸入到量化器321實現(xiàn)的。
量化器321在再量化音頻數(shù)據(jù)的過程中對于數(shù)據(jù)進(jìn)行舍入處理，并且還有潛在可能限幅所說數(shù)據(jù)。舍入發(fā)生的原因是，輸入音頻數(shù)據(jù)開始量化的數(shù)據(jù)的電平有可能不匹配量化器321再量化所說數(shù)據(jù)的電平。限幅可能發(fā)生的原因是，輸入音頻數(shù)據(jù)可能包括在量化器321的輸出上可能出現(xiàn)的范圍之外的值。在這個范圍之外的這些值被映射到量化器輸出可能代表的最大值或者最小值上。
當(dāng)輸入音頻信號超過了量化器321的范圍的時候，量化器321限幅這個信號。換句話說，從這個信號上除去峰值。這種限幅類似于在普通的模擬放大器中發(fā)生的限幅。從信號上除去峰值將使信號畸變，并且，如果信號畸變足夠明顯，那么這個畸變就是可以聽到的。如以上所述，信號的限幅還導(dǎo)致量化誤差的增加(在量化器321的輸入和這個量化器的輸出之間的差)。如果量化誤差足夠大，噪聲整形器可能變得不穩(wěn)定。
因此，可以按照下面的方式利用算法來描述量化器321的操作if(in＞max)out＝max
else if(in＜min)out＝minelseout＝delta*round(in/delta)如這里所用的，“in”是輸入音頻信號，“Out”是輸出音頻信號，“max”是由量化器321產(chǎn)生的信號的最大輸出電平，“min”是量化信號的最小輸出電平，“delta”是量化的步長大小，“round”是將輸入返回到最接近的整數(shù)值的一個函數(shù)?！癿ax”和“min”是“delta”的倍數(shù)。在量化之后，“Out”可以取在范圍[min，max]內(nèi)的(max-min)delta+1個可能的值中的任何一個。用于確定量化器321的范圍(“min”和“max”的值)的最大值確定了將要由調(diào)制器330產(chǎn)生的最小和最大脈沖寬度。一般地，對于這些值進(jìn)行設(shè)定，使它們可以匹配要由指定的實施方案中輸出級340的驅(qū)動器和場效應(yīng)晶體管處理的最小和最大脈沖寬度。
通過量化器321產(chǎn)生的信號由噪聲整形器320輸出，并且提供給調(diào)制器330。調(diào)制器330編譯再量化的脈沖編碼調(diào)制數(shù)據(jù)為脈沖寬度調(diào)制(PWM)數(shù)據(jù)。換句話說，在脈沖編碼調(diào)制數(shù)據(jù)流中對應(yīng)于音頻數(shù)據(jù)樣本的每一組比特都轉(zhuǎn)換成具有正比于樣本的寬度的一個脈沖。對于調(diào)制器330，產(chǎn)生兩個輸出信號。這些信號是相同的，只是相位彼此相反。在這個實施例中，輸出級340包括兩個場效應(yīng)晶體管(FET)。使用由調(diào)制器330產(chǎn)生的每個信號來驅(qū)動輸出級340中的場效應(yīng)晶體管之一。在一個實施例中，對于調(diào)制器330產(chǎn)生的每個輸出信號都要進(jìn)行低通濾波，以除去高頻噪聲。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識到，這是一個高度簡化的描述。在一般情況下，要在脈沖編碼調(diào)制數(shù)據(jù)上進(jìn)行內(nèi)插和校正，以便對于脈沖寬度調(diào)制處理中的非線性進(jìn)行校正，然后再將數(shù)據(jù)輸入到噪聲整形器。進(jìn)而，在一般情況下還要對噪聲整形器的輸出進(jìn)行處理，以便支持輸出級保護(hù)和邊緣設(shè)置。輸出級可以具有一系列不同配置中的任何一種，例如半橋式N+N場效應(yīng)晶體管的配置?？商鎿Q配置可以使用N或P場效應(yīng)晶體管、整橋式配置，等等。其它的噪聲整形器配置也是可能的。在閱讀了本發(fā)明的公開內(nèi)容以后，許多這樣的變化對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說都是顯而易見的。
在一個實施例中，噪聲整形器320、調(diào)制器330、和輸出級340都與以上針對圖1描述的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)100的對應(yīng)部件相同。這樣，噪聲整形器320接收可能是16比特信號的脈沖編碼調(diào)制音頻信號，并且量化所說的信號使之成為較小數(shù)目的比特。
圖3中所示的系統(tǒng)在限幅阻止單元310的使用方面不同于圖1的系統(tǒng)。限幅阻止單元310不是簡單地將輸入音頻信號限幅到固定電平，而是相反，對于輸入音頻信號進(jìn)行處理，使其可以根據(jù)需要限幅或者按照其它方式修改音頻信號，以緩解以上結(jié)合圖1描述的那些問題。換言之，限幅阻止單元310的操作方式取決于音頻信號本身。如果輸入音頻信號具有相對來說低的調(diào)制指數(shù)并且因此沒有包含超過噪聲整形器320可能量化的信號范圍的任何峰值，限幅阻止單元310可以全然不修改輸入音頻信號，然后向噪聲整形器320提供這個信號。另一方面，如果輸入音頻信號具有相對來說很高的調(diào)制指數(shù)并且因此具有要由噪聲整形器320的量化器321限幅的峰值，則限幅阻止單元310可以大幅度地修改音頻信號，然后向噪聲整形器320提供這個信號。如果輸入音頻信號具有中等的調(diào)制指數(shù)，則限幅阻止單元310的功能是偶爾地修改音頻信號的一些部分，保留其它的部分不修改。
參照圖4，其中表示說明按照一個實施例的限幅檢測器和信號處理器的使用情況的功能方塊圖。在這個實施例中，限幅阻止單元410包括限幅檢測器411和信號處理器412。將一個脈沖編碼調(diào)制音頻信號輸入到信號處理器412，信號處理器412按照從限幅檢測器411接收的反饋處理這個信號，然后將處理過的信號轉(zhuǎn)發(fā)到噪聲整形器420。噪聲整形器420量化這個信號并將其轉(zhuǎn)送到調(diào)制器430，調(diào)制器430向驅(qū)動輸出級440提供一對信號。
在這個實施例中，限幅檢測器411接收輸入到噪聲整形器420的量化器421的同一個信號。限幅檢測器411與量化器421并行地處理這個輸入信號，以檢測表示信號處理器411應(yīng)該修改脈沖編碼調(diào)制的輸入音頻數(shù)據(jù)的狀態(tài)。在一個實施例中，這個狀態(tài)可以簡單地是音頻信號超過了量化器421可能再量化而不用限幅所說信號的范圍。換句話說，限幅檢測器411檢測量化器421中的限幅。限幅檢測器411的操作可以按照下面的方式用算法的形式進(jìn)行描述if(in＞maxclip)clip＝trueelse if(in＜min clip)
clip＝trueelseclip＝false如這里所用的，“in”是量化器的輸入，“maxclip”和“minclip”是限幅開始發(fā)生的閾值電平，并且，當(dāng)輸入(“in”)在允許的范圍[minclip；maxclip]之外時，由限幅檢測器411輸出的信號“clip”設(shè)定為真，否則為假。
在一般情況下，“maxclip”和“minclip”是可以任意設(shè)定的。在一個優(yōu)選實施例中，minclip被設(shè)定為量化器的最小限幅閾值(“min”，如在上述的量化器的算法描述中所用的)，maxclip設(shè)定為量化器的最大限幅閾值(“max”，如在上述的量化器的算法描述中所用的)。這就允許有效地實施如下的組合量化器和限幅檢測器的方案if(in＞max)out＝maxclip＝trueelse if(in＜min)out＝minclip＝trueelseout＝delta*round(in/delta)clip＝false應(yīng)當(dāng)說明的是，雖然由上述的算法描述的實施例根據(jù)輸入到量化器的信號的簡單限幅確認(rèn)了一個輸出信號(即無論何時一旦發(fā)生了限幅就確認(rèn)一個輸出信號)，但可替換的實施例可以實施更復(fù)雜的檢測方案。例如，這些實施例可以在檢測到特定狀態(tài)組時、或者在檢測到可能導(dǎo)致量化器的不穩(wěn)定性的限幅類型時確認(rèn)一個輸出信號。任何這樣的限幅狀態(tài)都可以由限幅檢測器411檢測到，并且可用作確認(rèn)由限幅檢測器411產(chǎn)生的對應(yīng)輸出信號的基礎(chǔ)。
由限幅檢測器411產(chǎn)生的輸出信號(“限幅”)作為反饋提供給信號處理器412，信號處理器412定位在噪聲整形器420的前方。信號處理器412的目的是限制輸入到噪聲整形器420的音頻信號的范圍，但是在這樣做時要按照比簡單限幅所說信號到一個固定的電平的方式更加“智能的”方式。在一個實施例中，將信號處理器412被配置成可以用作一個壓縮器-限制器。在這個實施例中，將信號處理器412配置成可以壓縮至少一部分音頻信號，以便避免或盡量減小可能發(fā)生在噪聲整形器420中的限幅。在許多情況下，這實施起來可能是很容易的，因為實施本發(fā)明的放大器可能已經(jīng)有了一個壓縮器-限制器，這個壓縮器-限制器可能由信號處理器412使用以實現(xiàn)這項功能。
在圖5中說明可能由信號處理器412實現(xiàn)的壓縮器-限制器功能。圖5是說明信號處理器412對于一個輸入音頻信號的響應(yīng)的曲線圖。曲線510表示信號處理器412的響應(yīng)。響應(yīng)曲線510可以被視為具有三個分段。第一分段是對于從0到第一閾值505(對應(yīng)于輸出電平501)的范圍的輸入的響應(yīng)。在這個范圍的輸入音頻電平是以1∶1的比例線性輸出的。換言之，輸出等于輸入。如果輸入是在從第一閾值505到第二閾值506的范圍內(nèi)，則輸出被壓縮。在另一種方式下，輸出電平小于輸入電平，但不被限幅。輸出電平從1∶1輸出開始減少，這在圖5中通過從響應(yīng)曲線510的第一分段開始向上延伸的一個虛線表示。最后，在最大輸出電平502，對于高于第二閾值506的輸入電平進(jìn)行限幅。
應(yīng)當(dāng)說明的是，在圖5中表示的壓縮器-限制器功能只是信號處理器412的響應(yīng)的一種可能的變化。按照另一種方式，這種響應(yīng)可能是象限幅功能那樣地簡單，或者可能是更加復(fù)雜，具有附加的響應(yīng)分段、平滑響應(yīng)曲線、或其它變化。在響應(yīng)從限幅檢測器411(或者限幅濾波器、或者限幅標(biāo)記電路，下面對此還要進(jìn)行更加詳細(xì)地描述)接收的反饋時，響應(yīng)功能還可能變化。
要說明的是，可以將信號處理器412放置在放大器通道的各種不同的其它功能模塊(如上述的內(nèi)插和脈沖寬度調(diào)制線性校正模塊，)之前、之中、或者之后，例如上述的內(nèi)插和脈沖寬度調(diào)制線性校正模塊。還可以按照各種不同的方式實施信號處理器412。例如，可以在使用邏輯門的硬件中實施信號處理器412。按照另一種方式，并且可能是更加簡單和更加靈活的解決方案，用在可編程數(shù)字信號處理器(DSP)上運行的軟件來實施信號處理器412，在數(shù)字放大器中通常存在這種處理器。
參照圖6，其中表示按照一個可替換的實施例的限幅檢測器、濾波器、和信號處理器的使用情況的功能方塊圖。在這個實施例中，限幅阻止單元610包括限幅檢測器611、限幅濾波器613、和信號處理器612。再一次地，將一個脈沖編碼調(diào)制音頻信號輸入到信號處理器612，信號處理器612按照接收的反饋來處理所說信號。然而，在這個實施例中，從限幅檢測器611經(jīng)過濾波器613接收所說反饋。信號處理器612轉(zhuǎn)送處理的信號給噪聲整形器620，噪聲整形器620量化所說信號并且將它轉(zhuǎn)送給調(diào)制器630。調(diào)制器630然后向驅(qū)動輸出級640提供一對信號。
在這個實施例中，限幅檢測器611接收輸入到噪聲整形器620的量化器621的信號并且與量化器621并行地處理這個信號。限幅檢測器621檢測限幅狀態(tài)，這個限幅狀態(tài)表示信號處理器611應(yīng)該修改輸入的脈沖編碼調(diào)制音頻數(shù)據(jù)，并且產(chǎn)生對應(yīng)的信號。將這個信號提供給限幅濾波器613。這個信號在經(jīng)過限幅濾波器613濾波以后，作為反饋提供給信號處理器612，信號處理器612然后可以按照這個反饋所表示的修改輸入音頻信號。如以上所述，音頻信號通過信號處理器612的修改是根據(jù)接收的反饋變化的。
在高輸入電平，噪聲整形器620中的量化器621可能只是偶然地限幅音頻信號。這可能是例如由于信號的噪聲整形或者由于短暫的大的輸入尖峰所致。按照噪聲整形器620的設(shè)計，噪聲整形器620可能處理幾個這樣的尖峰的限幅而不會變得不穩(wěn)定。因此，在這些情況下壓縮輸入信號可能會不必要地限制了輸出信號。因此，可以使用限幅濾波器613濾除“限幅檢測”的單次發(fā)作或短暫突發(fā)，防止它們觸發(fā)通過信號處理器612進(jìn)行的輸入音頻信號的修改。
在一個實施例中，可以使用一個計數(shù)器來提供限幅濾波器613的一個幾乎完整的實施方案?？梢园凑找韵碌乃惴枋鰧嵤┧f的計數(shù)器if(clip＝true)if(clipcnt＝clipmax)clipcnt＝clipcntclipfiltered＝trueelseclipcnt＝clipcnt+1clipfiltered＝falseelseclipcnt＝0clipfiltered＝false如這里所用的，“clip”在這里是限幅檢測器611的輸出。內(nèi)部狀態(tài)變量“clipcnt”計數(shù)連續(xù)的有效“限幅”輸入的數(shù)目。在處理開始前將“clipcnt”初始化為0。當(dāng)“clipcnt”達(dá)到值“clipmax”時，計數(shù)器停止計數(shù)，并且將“clipfiltered”輸出設(shè)定為真。在輸入“clip”變?yōu)闊o效之前“clipfiltered”一直保持為有效。這將同時將“clipcnt”復(fù)位為0。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識到，實施限幅濾波器的方式各有不同。各種不同的可能的實施方案可以基于硬件、軟件、或者它們的組合。這些實施方案可能使用各種不同類型的算法，例如IIR、FIR、多數(shù)表決、增/減計數(shù)，如此等等。應(yīng)當(dāng)說明的是，當(dāng)用固定硬件實施的時候，有益的作法是，使限制值“clipmax”可以編程，從而可以針對電路的個別應(yīng)用來調(diào)節(jié)這個值。
參照圖7，其中表示按照另一個可替換的實施例的限幅檢測器、限幅濾波器、限幅標(biāo)記、和信號處理器的使用情況的功能方塊圖。在這個實施例中，限幅阻止單元710包括限幅檢測器711、限幅濾波器713、限幅標(biāo)記電路714、和信號處理器712。如在其它的實施例中的那樣，將一個脈沖編碼調(diào)制音頻信號輸入到信號處理器712，信號處理器712按照接收的反饋來處理所說信號。然而，在這個實施例中，從限幅檢測器711和濾波器713經(jīng)過標(biāo)記電路714接收所說反饋。信號處理器712轉(zhuǎn)送處理的信號給噪聲整形器720，噪聲整形器720量化所說信號并且將它轉(zhuǎn)送給調(diào)制器730。調(diào)制器730然后向驅(qū)動輸出級740提供一對信號。
在這個實施例中，限幅檢測器711接收輸入到噪聲整形器720的量化器721的信號并且與量化器721并行地處理這個信號。限幅檢測器721檢測限幅狀態(tài)，并且產(chǎn)生被提供給限幅濾波器713的對應(yīng)的信號。這個信號在經(jīng)過限幅濾波器713濾波以后，提供給限幅標(biāo)記電路714。如果確認(rèn)了從濾波器713接收的經(jīng)過濾波的信號(表示應(yīng)該修改輸入到信號處理器712的音頻信號)，則限幅標(biāo)記電路714確認(rèn)一個輸出信號并且保持這個信號一直到信號處理器712復(fù)位這個限幅標(biāo)記電路714時為止。將限幅標(biāo)記電路714產(chǎn)生的輸出信號作為反饋提供給信號處理器712。信號處理器712可以根據(jù)這個反饋所指示的按照可變的方式修改輸入音頻信號。
使用限幅標(biāo)記電路在某些實施例中可能是有益的，尤其是基于軟件的那些實施例更是如此?？梢詫⑾薹鶚?biāo)記電路714插在限幅濾波器713(或者限幅檢測器711)和信號處理器712之間，或者將標(biāo)記電路714加入這些部件之一的內(nèi)部。限幅標(biāo)記電路714的目的是存儲有關(guān)限幅輸入音頻信號一次或者限幅足夠長的時間以觸發(fā)限幅濾波器的信息。一旦信號處理器712在確認(rèn)標(biāo)記電路714時已經(jīng)動作(或響應(yīng)標(biāo)記電路714的確認(rèn)已經(jīng)動作)，信號處理器712就向標(biāo)記電路714激勵一個“清除”信號，以便清除這個標(biāo)記。當(dāng)在數(shù)字信號處理器上的軟件中實施時，可以詢問限幅標(biāo)記電路714的輸出，或者使用中斷來進(jìn)行處理。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以使用各種不同的技術(shù)中的任何一個來表示信息和信號。例如，可以通過電壓、電流、電磁波、磁場或粒子、光學(xué)場或粒子、或者它們的任意組合來表示在以上描述中引用的數(shù)據(jù)、指令、命令、信息、信號、比特、符號、和芯片。使用任何合適的傳送介質(zhì)，其中包括金屬線、金屬軌跡、通孔、光纖、和類似物，可以在公開的系統(tǒng)的各個部件之間通信這些信息和信號。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員進(jìn)一步還要認(rèn)識到，結(jié)合在這里公開的實施例描述的各種不同的說明性的邏輯塊、模塊、電路、和算法步驟可以實施為電子硬件、計算機(jī)軟件、或者二者的組合。為了清楚地說明硬件和軟件的這種互換性，以上針對它們的功能一般性地描述了各種不同的說明性的部件、邏輯塊、模塊、電路、和步驟。這些功能是實施成硬件還是實施成軟件，取決于特定的應(yīng)用和施加在整個系統(tǒng)上的設(shè)計約束。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以針對每一種特定的應(yīng)用按照各種不同的方式來實現(xiàn)所述的功能，但不應(yīng)該將這樣的實施決定解釋為對于本發(fā)明的范圍的偏離。
結(jié)合在這里公開的實施例描述的各種不同的說明性的邏輯塊、模塊、和電路可以利用以下部件來實施或?qū)崿F(xiàn)通用處理器、數(shù)字信號處理器(DSP)或其它邏輯器件、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、分立的門電路或晶體管邏輯電路、分立的硬件部件、和用于完成這里描述的功能的它們的任何組合。通用處理器可以是任何的常規(guī)處理器、控制器、微控制器、狀態(tài)機(jī)、或類似的設(shè)備。還可以將處理器實施成為計算裝置的組合，例如數(shù)字信號處理器和一個微處理器的組合、多個微處理器、與數(shù)字信號處理器芯結(jié)合的一個或多個微處理器、或者任何其它這樣的配置。
結(jié)合在這里公開的實施例描述的方法或算法的步驟可以在硬件中、在由處理器執(zhí)行的軟件或固件模塊中、或者在它們的組合中直接實施。軟件模塊可以放入RAM存儲器、閃存、ROM存儲器、EPROM存儲器、EEPROM存儲器、寄存器、硬盤、可拆卸盤、CD-ROM、或者在本領(lǐng)域中公知的任何其它形式存儲介質(zhì)中。一個典型的存儲介質(zhì)可以耦合到處理器上，以使處理器可以從存儲介質(zhì)中讀出信息并且可以將信息寫入存儲介質(zhì)中。在替換方案中，可以將存儲介質(zhì)集成到處理器上。處理器和存儲介質(zhì)可以放在一個專用集成電路中。專用集成電路可以設(shè)置在用戶終端上。在替換方案中，處理器和存儲介質(zhì)可以作為分立部件設(shè)置在用戶終端中。
對于所公開的實施例的以前的描述使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠產(chǎn)生或使用本發(fā)明。這些實施例的各種不同的改進(jìn)對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說都很容易地變?yōu)轱@而易，這里定義的一般原理可以應(yīng)用到其它的實施例中而不會偏離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍。因此，不期望將本發(fā)明限制在這里表示的實施例，而是要使本發(fā)明符合與這里公開的原理和新潁特征一致的最寬的范圍。
以上參照具體實施例描述了本發(fā)明提供的益處和優(yōu)點。這些益處和優(yōu)點以及使它們發(fā)生或變得更加突出的要素或限制值，不被認(rèn)為是任何權(quán)利要求或者所有權(quán)利要求的關(guān)鍵的、要求的、或者本質(zhì)的特征。正如這里所用的，術(shù)語“包括”或它的任何其它變化可被解釋為不排除地包括這些術(shù)語后邊的要素或限制值。因此，包括一組要素的一個系統(tǒng)、方法、或其它實施例不只限于這些要素，還可以包括沒有明確列出的或者要求保護(hù)的實施例固有的其它的要素。
雖然已經(jīng)參照具體實施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)該理解，這些實施例是說明性的，本發(fā)明的范圍不限于這些實施例。對于以上描述的實施例的許多變化、修改、附加、和改進(jìn)都是可能的?？梢灶A(yù)期，這些變化、修改、附加、和改進(jìn)都要落在下面的權(quán)利要求書內(nèi)詳細(xì)描述的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，包括一個檢測器，配置成可以在音頻信號中檢測限幅狀態(tài)；一個信號處理器，對其進(jìn)行耦合以接收來自所述檢測器的反饋信號；其中，將所述信號處理器配置成可以響應(yīng)從所述控測器接收的反饋信號來修改所述音頻信號。
2.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中通過所述信號處理器對于所述音頻信號的修改是可變的。
3.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，進(jìn)一步還包括一個噪聲整形器，其中所述檢測器耦合到所述噪聲整形器，并且對于所述檢測器進(jìn)行配置，使其可以檢測所述噪聲整形器中的所述音頻信號的限幅狀態(tài)。
4.權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括數(shù)字音頻放大器的一個或多個部件。
5.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中將所述信號處理器配置成可以通過限幅所述音頻信號來修改所述音頻信號。
6.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中將所述信號處理器配置成可以通過壓縮所述音頻信號來修改所述音頻信號。
7.權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中將所述信號處理器配置成可以通過壓縮超過閾值電平的所述音頻信號的一部分來修改所述音頻信號。
8.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，進(jìn)一步還包括一個濾波器，濾波器耦合在所述檢測器和所述信號處理器之間，其中對于所述濾波器進(jìn)行配置，以便對于所述檢測器的反饋信號進(jìn)行濾波。
9.權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其中所述限幅濾波器包括一個計數(shù)器，對于確認(rèn)所述限幅檢測器的輸出信號的每個時鐘周期所述計數(shù)器都要加1，對于不確認(rèn)所述限幅檢測器的輸出信號的每個時鐘周期所述計數(shù)器復(fù)位。
10.權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中對于所述限幅濾波器進(jìn)行配置，以便當(dāng)所述計數(shù)器達(dá)到閾值水平時可以確認(rèn)所述經(jīng)過濾波的輸出信號。
11.權(quán)利要求8的系統(tǒng)，進(jìn)一步還包括一個標(biāo)記電路，所述標(biāo)記電路耦合在所述濾波器和所述信號處理器之間，其中將所述標(biāo)記電路配置成可以接收經(jīng)過濾波的反饋信號，并且，如果所述經(jīng)過濾波的反饋信號處在被確認(rèn)的狀態(tài)，則要保持所述經(jīng)過濾波的反饋信號處在被確認(rèn)的狀態(tài)，一直到所述標(biāo)記電路由所述信號處理器復(fù)位時為止。
12.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述限幅狀態(tài)包括所述音頻信號的簡單限幅狀態(tài)。
13.一種方法，包括在音頻信號中檢測限幅狀態(tài)；響應(yīng)所述限幅狀態(tài)的檢測來修改所述音頻信號。
14.權(quán)利要求13的方法，其中修改所述音頻信號包括以可變的方式修改所述音頻信號。
15.權(quán)利要求13的方法，其中在所述音頻信號中檢測所述限幅狀態(tài)包括檢測在噪聲整形器中的所述音頻信號的所述限幅狀態(tài)。
16.權(quán)利要求15的方法，其中在數(shù)字音頻放大器中放大由所述噪聲整形器輸出的所述音頻信號。
17.權(quán)利要求13的方法，其中修改所述音頻信號包括限幅所述音頻信號。
18.權(quán)利要求13的方法，其中修改所述音頻信號包括壓縮所述音頻信號。
19.權(quán)利要求18的方法，其中修改所述音頻信號包括壓縮所述音頻信號的超過閾值電平的一部分。
20.權(quán)利要求13的方法，進(jìn)一步還包括濾波與檢測的限幅狀態(tài)對應(yīng)的反饋信號，其中響應(yīng)所述限幅狀態(tài)的檢測修改所述音頻信號包括響應(yīng)所述經(jīng)過濾波的反饋信號修改所述音頻信號。
21.權(quán)利要求20的方法，其中濾波所述反饋信號包括響應(yīng)所述反饋信號的確認(rèn)使所述計數(shù)器加1，和響應(yīng)所述反饋信號的不確認(rèn)使所述計數(shù)器復(fù)位。
22.權(quán)利要求21的方法，其中濾波所述反饋信號進(jìn)一步還包括當(dāng)所述計數(shù)器達(dá)到閾值電平時確認(rèn)所述經(jīng)過濾波的反饋信號。
23.權(quán)利要求20的方法，進(jìn)一步還包括如果確認(rèn)所述經(jīng)過濾波的反饋信號，則保持所述經(jīng)過濾波的反饋信號的確認(rèn)，一直到響應(yīng)所述經(jīng)過濾波的反饋信號修改所述音頻信號時為止。
24.權(quán)利要求13的方法，其中所述限幅狀態(tài)包括所述音頻信號的簡單限幅。
全文摘要
用于檢測音頻信號中限幅狀態(tài)并且處理所說信號以緩解限幅狀態(tài)的系統(tǒng)和方法。在一個實施例中，系統(tǒng)包括噪聲整形器、調(diào)制器、輸出級、和其它部件。檢測器檢測噪聲整形器中的限幅，信號處理器根據(jù)從檢測器接收的反饋處理輸入到噪聲整形器的音頻信號。信號處理器可以操作以便在響應(yīng)由檢測器檢測的不同的狀態(tài)時以不同的方式修改輸入音頻信號?？梢园ㄒ粋€濾波器以濾波檢測器的輸出，而后將其提供給信號處理器。在濾波器和信號處理器之間可以耦合標(biāo)記電路以便一直到信號處理器復(fù)位標(biāo)記電路之前確認(rèn)輸出信號。
文檔編號H03F3/217GK1894855SQ200480009689
公開日2007年1月10日 申請日期2004年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月21日
發(fā)明者杰克·B·安德森, 拉瑞·E·漢德, 威爾森·E·泰勒 申請人:D2音頻有限公司