專(zhuān)利名稱(chēng)：自適應(yīng)濾波的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及自適應(yīng)濾波器和執(zhí)行自適應(yīng)濾波的方法，并且更具體地，涉及具有改進(jìn)的輸出和/或具有減小的計(jì)算復(fù)雜性的自適應(yīng)濾波器和執(zhí)行自適應(yīng)濾波的方法相關(guān)技術(shù)描述在用于超級(jí)音頻緊湊盤(pán)(SA-CD)的建議中，來(lái)自Σ-Δ調(diào)制器(SDM)的比特流-稱(chēng)為直接流數(shù)字(DSD)格式-被直接放到盤(pán)上，例如作為64倍過(guò)采樣的1比特信號(hào)。由于這種特性，SA-CD的帶寬原則上超過(guò)100kHz，其中從0到20kHz處信號(hào)噪聲比(SNR)高(約120dB)，而從20kHz向上，因?yàn)樵黾拥牧炕?，SNR逐漸減小。
這種特性示意地顯示于

圖1，其中實(shí)線曲線顯示沒(méi)有音頻輸入信號(hào)的常規(guī)的DSD頻譜。噪聲的這個(gè)增加在信號(hào)處理時(shí)帶來(lái)潛在的問(wèn)題，這可以容易地解釋。
DSD中記錄的小信號(hào)可能需要放大一個(gè)大的倍數(shù)。因?yàn)镈SD信號(hào)本身不能被放大(DSD信號(hào)包括值為-1和1的1比特字)，所以DSD信號(hào)需要被變換成中間格式、放大、和被變換回DSD。變換成中間格式在原則上是一種低通操作，其中低通濾波器的輸出是高速率多比特信號(hào)。放大操作可以以中間格式來(lái)執(zhí)行。如果如上討論的，要保持100kHz的帶寬，則圖1的點(diǎn)線顯示的濾波器特性可被使用來(lái)進(jìn)行低通濾波。正如從圖1看到的，在低通濾波后仍舊會(huì)存在大量噪聲(有時(shí)，噪聲區(qū)域-20-100kHz-中的功率大于信號(hào)本身的功率)。在把增益因子加到中間信號(hào)后，原先的信號(hào)被放大，而且噪聲信號(hào)也被放大。最后，放大的信號(hào)可被變換回DSD。這個(gè)操作牽涉到把中間的高速率多比特信號(hào)饋送到SDM。
這可能帶來(lái)兩個(gè)問(wèn)題。首先，加到SDM的輸入值不能是任意地大，因此，當(dāng)放大的信號(hào)被輸入到SDM時(shí)，有使SDM過(guò)載并變得不穩(wěn)定的可能性。由于每次重新量化操作(到中間格式和回到DSD格式)都會(huì)增加一些高頻噪聲，所以，可能發(fā)生過(guò)載的機(jī)會(huì)隨著執(zhí)行的每次信號(hào)處理操作而增加。一旦發(fā)生過(guò)載，就無(wú)法恢復(fù)輸出。
其次，在超級(jí)音頻CD系統(tǒng)說(shuō)明，部分2，“Audio Specification(音頻技術(shù)規(guī)范)”-也稱(chēng)為scarlet book(深紅書(shū))-中規(guī)定的SA-CD標(biāo)準(zhǔn)，在附錄D中，規(guī)定了在20kHz以上帶寬中允許存在的最大噪聲量(RMS)。為了保護(hù)揚(yáng)聲器，設(shè)置了帶寬在40kHz和100kHz之間的最大RMS值。另外，非?？赡艿那闆r是雖然原始信號(hào)可能與附錄D兼容，但放大的版本卻可能不兼容。
常規(guī)地，執(zhí)行信號(hào)處理，直至遇到問(wèn)題為止，即，或者最后的盤(pán)與附錄D不兼容，或者出現(xiàn)SDM過(guò)載。如果檢測(cè)到問(wèn)題，則整個(gè)過(guò)程重復(fù)進(jìn)行，但是要采用不同的變換濾波器。這些新的濾波器將濾除更多的高頻信息，以使得不發(fā)生問(wèn)題。新的濾波器特性例如可以是圖1的虛線。
這種方法具有的明顯缺點(diǎn)是如果在已經(jīng)執(zhí)行大量的處理以后發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，則所有處理都必須重做，并且低通濾波可能在某些不需要它的情形中施加，因此而不必要地減小中間信號(hào)的帶寬(盡管要注意的是，中間格式的比特速率將不改變)。
從上述內(nèi)容清楚可知，DSD信號(hào)的重新量化并非是無(wú)足輕重的任務(wù)，且當(dāng)重新量化時(shí)可能發(fā)生許多問(wèn)題。已經(jīng)認(rèn)識(shí)的其中兩個(gè)問(wèn)題是SDM的過(guò)載和非兼容的SA-CD DSD流的生成。
如上所述，信號(hào)的濾波是數(shù)字信號(hào)處理(DSP)應(yīng)用中的普通操作。典型情況下因?yàn)槿菀讓?shí)現(xiàn)線性相位響應(yīng)而使用FIR濾波器。在涉及到高質(zhì)量數(shù)字音頻的應(yīng)用中，諸如SA-CD，非線性相位是不能接受的，所以不使用IIR濾波器。然而，如果需要自適應(yīng)(低通)濾波，則使用IIR濾波器，因?yàn)槿绾胃淖兘刂诡l率而在IIR濾波器的音頻輸出中沒(méi)有“喀嚦”聲是已知的?？梢詰?yīng)用昂貴的相位校正技術(shù)，但是并不能得到合適的或完美的線性相位響應(yīng)。而且，IIR濾波器在計(jì)算方面也是昂貴的。
發(fā)明概要本發(fā)明的目的是給出改進(jìn)自適應(yīng)濾波的解決方案。本發(fā)明的其它目的是提供在不同的低通濾波器之間切換而在濾波輸出中不引入“喀嚦”聲或其它失真、和/或以具有減小的計(jì)算負(fù)荷的有效方式來(lái)生成濾波器系數(shù)的能力。
為此，本發(fā)明提供自適應(yīng)濾波設(shè)備和方法，其中至少一個(gè)自適應(yīng)濾波器接收輸入信號(hào)以及計(jì)量設(shè)備接收至少一個(gè)自適應(yīng)濾波器的輸出，監(jiān)視該輸出的特性，諸如高頻分量的功率，以及在反饋回路中轉(zhuǎn)發(fā)校正信號(hào)以調(diào)節(jié)特性。
本發(fā)明還提供自適應(yīng)濾波設(shè)備，其中自適應(yīng)濾波器是低通濾波器，計(jì)量設(shè)備是帶通濾波器或高通濾波器，以及特性是輸出中的高頻功率量，以及校正信號(hào)升高或降低低通濾波器的高頻截止。
本發(fā)明還提供自適應(yīng)濾波設(shè)備和方法，其中調(diào)節(jié)的特性被逐塊地應(yīng)用到輸入信號(hào)。
本發(fā)明還提供信號(hào)處理設(shè)備，包括具有至少一個(gè)輸入和至少一個(gè)輸出的信號(hào)處理單元和用于該至少一個(gè)輸入和該至少一個(gè)輸出的每一個(gè)的自適應(yīng)濾波設(shè)備。
本發(fā)明還提供執(zhí)行自適應(yīng)濾波的方法，包括接收至少一個(gè)自適應(yīng)濾波器的輸出，監(jiān)視該輸出的特性，以及在反饋回路中轉(zhuǎn)發(fā)校正信號(hào)以調(diào)節(jié)濾波器特性，以便調(diào)節(jié)輸出特性。
本發(fā)明還提供執(zhí)行自適應(yīng)濾波的方法，至少一個(gè)自適應(yīng)濾波器是低通濾波器，以及特性是在輸出中的高頻的量且校正信號(hào)升高或降低低通濾波器的高頻截止。
為此，本發(fā)明還提供自適應(yīng)濾波設(shè)備和方法，其中兩個(gè)低通FIR濾波器接收輸入信號(hào)，加權(quán)的加法器接收來(lái)自?xún)蓚€(gè)低通FIR濾波器的輸出以及改變每個(gè)的加權(quán)以產(chǎn)生濾波的輸出數(shù)據(jù)，以及控制器接收截止頻率，把截止頻率提供到該兩個(gè)低通FIR濾波器，以及把信號(hào)提供到加權(quán)的加法器，用于改變每個(gè)低通FIR濾波器的加權(quán)，以便在它們之間切換。
本發(fā)明還提供自適應(yīng)濾波設(shè)備，其中變化的加權(quán)被逐塊地應(yīng)用。
本發(fā)明還提供自適應(yīng)濾波設(shè)備，其中自適應(yīng)濾波器設(shè)備工作在正常模式和過(guò)渡模式。在正常模式下，自適應(yīng)濾波器設(shè)備不切換濾波器特性，以及自適應(yīng)濾波器設(shè)備的輸出是來(lái)自于至少兩個(gè)低通FIR濾波器的僅僅一個(gè)濾波器。在過(guò)渡模式下，自適應(yīng)濾波器設(shè)備切換濾波器特性，以及自適應(yīng)濾波器設(shè)備的輸出是來(lái)自于至少兩個(gè)低通FIR濾波器的一個(gè)以上的濾波器。
本發(fā)明還規(guī)定在過(guò)渡模式下，控制器計(jì)算新的濾波器系數(shù)以及把新的濾波器系數(shù)裝載到未使用的低通FIR濾波器，啟用該未使用的低通FIR濾波器，在至少一個(gè)當(dāng)前正在使用的低通FIR濾波器與未使用的低通FIR濾波器之間改變加權(quán)，以便在它們之間切換，以及停用該至少一個(gè)當(dāng)前在使用的低通FIR濾波器。
本發(fā)明還規(guī)定控制器通過(guò)使用近似公式計(jì)算初始的正弦和余弦值以及使用正弦預(yù)測(cè)濾波器計(jì)算系數(shù)而計(jì)算新的濾波器系數(shù)。本發(fā)明還規(guī)定控制器通過(guò)應(yīng)用預(yù)計(jì)算的窗口函數(shù)和對(duì)單位DC增益歸一化窗口，而使用正弦預(yù)測(cè)濾波器計(jì)算系數(shù)。
本發(fā)明還提供用于執(zhí)行自適應(yīng)濾波的方法，包括接收來(lái)自至少兩個(gè)低通FIR濾波器的輸出和改變每個(gè)濾波器的加權(quán)以產(chǎn)生濾波的輸出數(shù)據(jù)，和接收至少一個(gè)截止頻率，把截止頻率提供到該至少兩個(gè)低通FIR濾波器，以及改變?cè)撝辽賰蓚€(gè)低通FIR濾波器的每個(gè)濾波器的加權(quán)，以便在至少兩個(gè)低通FIR濾波器之間切換。
本發(fā)明還提供在正常模式下和過(guò)渡模式下操作的方法。在正常模式下，該方法不切換濾波器特性，以及輸出是來(lái)自于該至少兩個(gè)低通FIR濾波器的僅僅一個(gè)濾波器。在過(guò)渡模式下，該方法切換濾波器特性，以及輸出是來(lái)自于該至少兩個(gè)低通FIR濾波器的一個(gè)以上的濾波器。
本發(fā)明還規(guī)定過(guò)渡模式包括計(jì)算新的濾波器系數(shù)以及把新的濾波器系數(shù)裝載到未使用的低通FIR濾波器，啟用該未使用的低通FIR濾波器，在至少一個(gè)當(dāng)前正在使用的低通FIR濾波器與未使用的低通FIR濾波器之間改變加權(quán)，以便在它們之間切換，以及停用該至少一個(gè)當(dāng)前在使用的低通FIR濾波器。
本發(fā)明還規(guī)定計(jì)算新的濾波器系數(shù)包括通過(guò)使用近似公式計(jì)算初始的正弦和余弦數(shù)值以及使用正弦預(yù)測(cè)濾波器計(jì)算系數(shù)。
本發(fā)明還規(guī)定使用正弦預(yù)測(cè)濾波器計(jì)算系數(shù)包括應(yīng)用預(yù)計(jì)算的窗口函數(shù)和對(duì)單位DC增益歸一化該窗口。
附圖簡(jiǎn)述通過(guò)下面給出的詳細(xì)說(shuō)明和附圖將更加全面地了解本發(fā)明，這些附圖僅僅是為了說(shuō)明而給出的，因此并不限制本發(fā)明。
圖1將不帶有音頻輸入信號(hào)的常規(guī)的DSD頻譜圖示為實(shí)線曲線，而由點(diǎn)線和虛線顯示可用于低通濾波的兩個(gè)濾波器特性。
圖2顯示按照本發(fā)明的示例性實(shí)施例的自適應(yīng)低通濾波設(shè)備。
圖3顯示按照本發(fā)明的示例性實(shí)施例的、包括多個(gè)自適應(yīng)低通濾波設(shè)備的信號(hào)處理裝置。
圖4是通過(guò)調(diào)節(jié)1kHz正弦波的增益而得到的有效信號(hào)的頻譜圖。
圖5是由圖4所示的信號(hào)生成的DSD流的頻譜圖。
圖6是通過(guò)按照本發(fā)明的示例性實(shí)施例的自適應(yīng)低通濾波設(shè)備生成的DSD流的頻譜圖。
圖7顯示通過(guò)按照本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例的自適應(yīng)低通濾波設(shè)備。
示例性實(shí)施例詳細(xì)描述正如從常規(guī)的解決方案中討論的問(wèn)題清楚可知的，控制高頻區(qū)域的信號(hào)能量是很重要的。解決這個(gè)問(wèn)題的基本思想是在信號(hào)路徑中提供有源濾波操作，該濾波操作濾波到如此程度以致總的高頻信號(hào)功率保持在一個(gè)或者多個(gè)希望的最大值以下。
圖2顯示按照本發(fā)明的示例性實(shí)施例的、實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的的自適應(yīng)濾波器設(shè)備100的結(jié)構(gòu)。一個(gè)通過(guò)例如以100kHz低通濾波生成的、具有全部頻率范圍的、進(jìn)入的中間的多比特流101經(jīng)過(guò)一個(gè)自適應(yīng)低通濾波器102。這個(gè)流101是示例性的，也可以使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何其它的流。
所產(chǎn)生的輸出流103被饋送通過(guò)一個(gè)計(jì)量設(shè)備，諸如帶通或高通濾波器104，它確定信號(hào)101的高頻(HF)部分的功率。如果HF的量太大，則把校正信號(hào)105反饋給自適應(yīng)低通濾波器102，以降低截止頻率，從而減小輸出信號(hào)103中的HF的量。相反，如果HF的量太小，則把校正信號(hào)105反饋給低通濾波器102，以升高截止頻率，從而增加輸出信號(hào)103中的HF的量。這個(gè)參數(shù)-信號(hào)的高頻(HF)部分-是示例性的，也可以使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何其它的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)。
自適應(yīng)低通濾波器102的輸出流103可被傳送到任選的限幅器106，有助于保證下游SDM不會(huì)因?yàn)榛鶐е械拇蟮姆逯刀^(guò)載。自適應(yīng)低通濾波設(shè)備100的輸出107可以安全地變換到DSD。如果一個(gè)或者多個(gè)想要的最大值被設(shè)置為附錄D值，則輸出信號(hào)107將與附錄D兼容。
在信號(hào)處理裝置30中，如圖3所示，信號(hào)處理單元300的每個(gè)個(gè)體信號(hào)入1...n和出(輸入和/或輸出)可以由自適應(yīng)低通濾波器102進(jìn)行濾波。在這種情形下，頻帶中沒(méi)有信號(hào)被不必要地減小。
例1圖4到6顯示圖2或3的自適應(yīng)濾波設(shè)備100的操作。圖4是通過(guò)調(diào)節(jié)1kHz正弦波的增益而得到的有效信號(hào)的頻譜圖。圖5是從圖4所示的信號(hào)生成的DSD流的頻譜圖。如圖5所示，不單1kHz頻率的正弦波已消失，而且輸出信號(hào)也不包含任何信息，這表示SDM已經(jīng)過(guò)載。圖6是通過(guò)圖2或3的自適應(yīng)濾波設(shè)備100生成的DSD流的頻譜圖。正弦波被保留以及輸出信號(hào)對(duì)于進(jìn)一步編輯和/或控制是有效的。
雖然較容易設(shè)計(jì)自適應(yīng)IIR濾波器，但因?yàn)樗鼈兊姆蔷€性相位特性，IIR濾波器不能被使用來(lái)實(shí)施圖2的自適應(yīng)低通濾波器102。自適應(yīng)低通濾波器102可被實(shí)施為一個(gè)或多個(gè)FIR濾波器結(jié)構(gòu)，例如具有恒定長(zhǎng)度的線性相位對(duì)稱(chēng)濾波器。一個(gè)或多個(gè)FIR濾波器結(jié)構(gòu)的系數(shù)可以根據(jù)該一個(gè)或多個(gè)FIR濾波器結(jié)構(gòu)的想要的截止頻率來(lái)進(jìn)行計(jì)算。
自適應(yīng)濾波設(shè)備100的輸入數(shù)據(jù)可以使用不同的示例性技術(shù)或算法按塊被處理。在第一示例性算法中，組成自適應(yīng)濾波設(shè)備100的一個(gè)或多個(gè)FIR濾波器結(jié)構(gòu)的系數(shù)在一個(gè)塊的持續(xù)時(shí)間內(nèi)保持為常數(shù)。然后，最后處理的一個(gè)或多個(gè)塊被分析，以及根據(jù)這些結(jié)果調(diào)節(jié)該一個(gè)或多個(gè)FIR濾波器結(jié)構(gòu)的截止頻率。下一個(gè)塊將通過(guò)使用調(diào)節(jié)的截止頻率和/或修正的系數(shù)被濾波。這個(gè)第一示例性算法的優(yōu)點(diǎn)是快速處理。
在第二示例性算法中，組成自適應(yīng)濾波設(shè)備100的一個(gè)或多個(gè)FIR濾波器結(jié)構(gòu)的系數(shù)再次在一個(gè)塊的持續(xù)時(shí)間內(nèi)保持為常數(shù)。以后的塊的截止頻率根據(jù)以前的一個(gè)或多個(gè)塊進(jìn)行計(jì)算。在第二示例性算法中，兩個(gè)或多個(gè)FIR濾波器結(jié)構(gòu)被使用來(lái)組成自適應(yīng)濾波設(shè)備100，以及自適應(yīng)濾波設(shè)備100的濾波的輸出由兩個(gè)或多個(gè)濾波器輸出的組合組成，該兩個(gè)或多個(gè)FIR濾波器結(jié)構(gòu)的每個(gè)結(jié)構(gòu)一個(gè)輸出。在第二示例性算法中，該兩個(gè)或多個(gè)FIR濾波器結(jié)構(gòu)的第一濾波器結(jié)構(gòu)具有來(lái)自先前塊的設(shè)置，并且這兩個(gè)或多個(gè)FIR濾波器結(jié)構(gòu)的第二濾波器結(jié)構(gòu)具有為當(dāng)前塊計(jì)算的設(shè)置。而且，各設(shè)置的加權(quán)比值在一個(gè)塊周期期間可以變化，導(dǎo)致平滑地改變輸出。第二示例性算法的優(yōu)點(diǎn)是自適應(yīng)濾波設(shè)備100的輸出中的“喀嚦”聲減小或者不存在。
第三示例性算法是第一和第二示例性算法的組合，其中當(dāng)“喀嚦”聲迫近時(shí)，實(shí)施第二示例性算法，否則實(shí)施第一示例性算法。
圖7顯示按照本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例的自適應(yīng)低通濾波設(shè)備200的結(jié)構(gòu)。圖7包括兩個(gè)或多個(gè)自適應(yīng)濾波器202、204(例如，有恒定的和相等的長(zhǎng)度的低通FIR濾波器)、加權(quán)的加法器206、和控制器208。
自適應(yīng)低通濾波設(shè)備200的輸入可包括要被濾波的數(shù)據(jù)201(例如，音頻數(shù)據(jù))和截止頻率203。輸出是濾波的數(shù)據(jù)205(例如，音頻數(shù)據(jù))。在示例性實(shí)施例中，兩個(gè)或多個(gè)自適應(yīng)濾波器202、204的系數(shù)不是固定的，而是可變的，且在控制器208中被計(jì)算。
圖7的自適應(yīng)低通濾波設(shè)備200的示例性操作可以為如下。為了達(dá)到無(wú)“喀嚦”聲的切換，自適應(yīng)低通濾波設(shè)備200可以處在正常模式或者過(guò)渡模式。在正常模式下，自適應(yīng)低通濾波設(shè)備200不改變?yōu)V波器特性。在過(guò)渡模式下，自適應(yīng)低通濾波設(shè)備200在不同的濾波器特性之間改變。
在正常模式下，在進(jìn)行中沒(méi)有截止轉(zhuǎn)移以及只有一個(gè)FIR濾波器202是工作的，并且自適應(yīng)低通濾波設(shè)備200的輸出包括這個(gè)單FIR濾波器202的輸出。濾波的花費(fèi)因此等于一個(gè)單個(gè)FIP濾波器的花費(fèi)，以及自適應(yīng)低通濾波設(shè)備200不比單個(gè)固定的FIR濾波器更昂貴。
在過(guò)渡模式下，如果選擇新的截止頻率，則控制器208計(jì)算相應(yīng)于新的截止頻率的濾波器權(quán)重。新的濾波器權(quán)重被裝載到不工作的FIR(例如，F(xiàn)IR濾波器204)中。為了達(dá)到無(wú)“喀嚦”聲或基本上無(wú)“喀嚦”聲的過(guò)渡和減小計(jì)算負(fù)荷，可以使用至少兩種示例性切換場(chǎng)景。
在第一示例性切換場(chǎng)景中，如果截止頻率的改變與信號(hào)帶寬相比小，或如果選擇的截止頻率遠(yuǎn)高于可聽(tīng)見(jiàn)的音頻范圍，則可以執(zhí)行在兩個(gè)FIR濾波器202、204之間的即刻改變，而沒(méi)有把“喀嚦”聲或其它失真引入濾波的數(shù)據(jù)205的高的風(fēng)險(xiǎn)。
在第二示例性切換場(chǎng)景中，如果系數(shù)的即刻改變是不能接受的，則兩個(gè)濾波器202、204可以暫時(shí)并行操作。從自適應(yīng)低通濾波設(shè)備200輸出的濾波的數(shù)據(jù)205然后可以從第一FIR濾波器202 100％的權(quán)重和第二FIR濾波器204 0％的權(quán)重緩慢地改變到第一FIR濾波器202 0％和第二FIR濾波器204 100％。通過(guò)執(zhí)行在兩個(gè)濾波器202、204之間的逐漸的改變，濾波的數(shù)據(jù)205將不包含“喀嚦”聲，以及將不存在失真。在完成濾波器切換過(guò)程后，第一FIR濾波器202可被關(guān)斷以及只有第二FIR濾波器204是必需的。應(yīng)當(dāng)指出，被使用來(lái)把加權(quán)從100％改變到0％和進(jìn)行相反改變的函數(shù)可以是任意數(shù)學(xué)函數(shù)，例如線性函數(shù)、指數(shù)函數(shù)等等，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。
切換過(guò)程可被概括如下·計(jì)算新的濾波器系數(shù)和把它們裝載到第二濾波器，·啟用第二濾波器，·把輸出的加權(quán)從1∶0改變到0∶1，以便切換濾波器(即刻地或逐漸地，取決于所選擇的截止頻率和截止頻率的改變)，以及·停用第一濾波器。
上述的切換過(guò)程的結(jié)果是，對(duì)于初始的和結(jié)束的截止頻率的每種組合，截止頻率不能即刻地改變。然而，過(guò)渡周期不需要很長(zhǎng)，例如，1.45ms對(duì)于高質(zhì)量音頻應(yīng)用就足夠了，所以實(shí)際上是即刻的。
改變FIR低通濾波器的截止頻率是相當(dāng)復(fù)雜的，因?yàn)闉V波器的所有系數(shù)都需要重新計(jì)算。通常，計(jì)算FIR的系數(shù)是費(fèi)時(shí)的，以及需要sin()運(yùn)算或迭代搜索過(guò)程，二者都是昂貴的。在示例性實(shí)施例中，使用不需要通常的sin()運(yùn)算或迭代搜索循環(huán)的窗口設(shè)計(jì)方法，因此在硬件上可以是相當(dāng)容易實(shí)施的。在示例性實(shí)施例中，計(jì)算2M+1個(gè)FIR系數(shù)的步驟(及其它們相關(guān)的計(jì)算數(shù)目)為如下·使用近似公式計(jì)算初始的(sin和cos)值(正弦預(yù)測(cè)濾波器所需要的。8次乘法，5次加法)，以及·使用正弦預(yù)測(cè)濾波器計(jì)算系數(shù)(M次乘法，M次加法)，·應(yīng)用預(yù)先計(jì)算的窗口函數(shù)(M+1次乘法)，·對(duì)于單位DC增益歸一化該窗口(M+2次乘法，M次加法，1次除法)，用于計(jì)算FIR的花費(fèi)是3*M+11次乘法，2*M+5次加法和1次除法，這大約是與計(jì)算單個(gè)FIR的三個(gè)輸出樣本相同的花費(fèi)，因此幾乎是可忽略的。
例2通過(guò)正確地選擇濾波器抽頭數(shù)和設(shè)計(jì)匹配的窗函數(shù)，例如，有可能創(chuàng)建僅僅具有13個(gè)濾波器抽頭、但可以在0.85π和0.17π的截止之間調(diào)諧的自適應(yīng)低通濾波設(shè)備，以及它在0和0.057π之間具有小于0.05dB的波動(dòng)，(相應(yīng)于在150kHz和60kHz之間的截止)，也就是對(duì)于以8×44100Hz運(yùn)行的系統(tǒng)而言，直到20kHz都是平坦的(＜0.05dB)。
如上所述，本發(fā)明的示例性實(shí)施例提供控制在高頻區(qū)域中-例如在想要的范圍內(nèi)-的信號(hào)能量低于一個(gè)或者多個(gè)想要的最大值或大于一個(gè)或者多個(gè)想要的最小值的能力。
如上所述，本發(fā)明的示例性實(shí)施例還提供在不同的低通濾波器之間進(jìn)行切換而在濾波的輸出中不引入“喀嚦”聲或其它失真和/或以具有減小的計(jì)算負(fù)荷的有效方式生成濾波器系數(shù)的能力。
應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例-包括具體的自適應(yīng)設(shè)備-可以單個(gè)地或按任何組合被使用，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。例如，圖2、3和7的設(shè)備可以按任何組合一起被使用。
還應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明的特性對(duì)于許多類(lèi)型的濾波器是有用的，諸如低通、帶通、高通、FIR、有源、無(wú)源、對(duì)稱(chēng)、非對(duì)稱(chēng)、恒定長(zhǎng)度、和可變長(zhǎng)度。
按照本發(fā)明的示例性實(shí)施例的自適應(yīng)濾波器可被包括在ADC和/或DD變換器中。這樣的ADC和/或DD變換器可以是用于超級(jí)音頻CD(SACD)設(shè)備-例如播放器-的信號(hào)處理應(yīng)用/設(shè)備的一部分。
應(yīng)當(dāng)指出，上述的處理在DSD的處理中是特別有用的。
還應(yīng)當(dāng)指出，輸入不需要限于比特流；輸入也可以是(多比特)數(shù)字信號(hào)。應(yīng)當(dāng)指出，上述的實(shí)施例是說(shuō)明而不是限制本發(fā)明，以及本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠在不背離所附權(quán)利要求的范圍的條件下設(shè)計(jì)許多替換實(shí)施例。在權(quán)利要求中，在括號(hào)之間的標(biāo)注符號(hào)不應(yīng)當(dāng)理解為限制權(quán)利要求。單詞“包括”不排除不同于權(quán)利要求中列出的那些的其它單元或步驟的存在。本發(fā)明可以藉助于包括幾個(gè)不同單元的硬件和藉助于適當(dāng)編程的計(jì)算機(jī)被實(shí)施。在枚舉幾個(gè)裝置的設(shè)備權(quán)利要求中，這些裝置中幾個(gè)可以由同一個(gè)硬件項(xiàng)體現(xiàn)。在互相不同的附屬權(quán)利要求中記載某些措施的小因素并不表示不能使用這些措施的組合來(lái)獲益。
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)濾波設(shè)備(100)，包括至少一個(gè)自適應(yīng)濾波器(102)，用于接收輸入信號(hào)(101)；以及計(jì)量設(shè)備(104)，用于接收該至少一個(gè)自適應(yīng)濾波器(102)的輸出(103)，監(jiān)視該輸出(103)的特性，和在反饋回路中轉(zhuǎn)發(fā)校正信號(hào)(105)，以調(diào)節(jié)該特性。
2.權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)濾波設(shè)備(100)，其中該至少一個(gè)自適應(yīng)濾波器是低通濾波器，所述計(jì)量設(shè)備是帶通或高通濾波器，以及所述特性是輸出中的高頻量，以及所述校正信號(hào)升高或降低該低通濾波器的高頻截止。
3.權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)濾波設(shè)備(100)，其中被調(diào)節(jié)的特性被逐塊地應(yīng)用到所述輸入信號(hào)。
4.一種信號(hào)處理設(shè)備(30)，包括信號(hào)處理單元(300)，包括至少一個(gè)輸入和至少一個(gè)輸出；以及權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)濾波設(shè)備(100)，用于該至少一個(gè)輸入和至少一個(gè)輸出的每一個(gè)。
5.一種自適應(yīng)濾波設(shè)備(200)，包括至少兩個(gè)低通FIR濾波器(202，204)，用于接收輸入信號(hào)(201)；加權(quán)的加法器(206)，用于接收來(lái)自該至少兩個(gè)低通FIR濾波器(202，204)的每個(gè)濾波器的輸出和改變每個(gè)濾波器的加權(quán)，以產(chǎn)生濾波的輸出數(shù)據(jù)(205)；以及，控制器(208)，用于接收至少一個(gè)截止頻率(203)，把該截止頻率(203)提供到該至少兩個(gè)低通FIR濾波器(202，204)，以及把信號(hào)提供到加權(quán)的加法器(206)，用于改變?cè)撝辽賰蓚€(gè)低通FIR濾波器(202，204)的每個(gè)濾波器的加權(quán)，以便在至少兩個(gè)低通FIR濾波器(202，204)之間切換。
6.權(quán)利要求5所述的自適應(yīng)濾波設(shè)備(200)，其中所述改變的加權(quán)被逐塊地應(yīng)用。
7.權(quán)利要求5所述的自適應(yīng)濾波設(shè)備(200)，其中所述自適應(yīng)濾波器設(shè)備(200)工作在正常模式和過(guò)渡模式，其中在正常模式下，該自適應(yīng)濾波器設(shè)備(200)不切換濾波器特性，以及自適應(yīng)濾波器設(shè)備(200)的輸出是來(lái)自于該至少兩個(gè)低通FIR濾波器(202，204)中的僅僅一個(gè)濾波器，以及在過(guò)渡模式下，自適應(yīng)濾波器設(shè)備200切換濾波器特性，以及自適應(yīng)濾波器設(shè)備(200)的輸出是來(lái)自于該至少兩個(gè)低通FIR濾波器(202，204)的一個(gè)以上的濾波器。
8.權(quán)利要求7所述的自適應(yīng)濾波設(shè)備(200)，其中在過(guò)渡模式下，控制器(208)計(jì)算新的濾波器系數(shù)以及把新的濾波器系數(shù)裝載到未使用的低通FIR濾波器(204)，啟用該未使用的低通FIR濾波器(204)，在至少一個(gè)當(dāng)前正在使用的低通FIR濾波器(202)與未使用的低通FIR濾波器(204)之間改變加權(quán)，以便在它們之間切換，以及停用該至少一個(gè)當(dāng)前正在使用的低通FIR濾波器(204)。
9.權(quán)利要求8所述的自適應(yīng)濾波設(shè)備(200)，其中所述控制器(208)通過(guò)使用近似公式計(jì)算初始的正弦和余弦值以及使用正弦預(yù)測(cè)濾波器計(jì)算系數(shù)而計(jì)算新的濾波器系數(shù)。
10.權(quán)利要求9所述的自適應(yīng)濾波設(shè)備(200)，其中所述控制器(208)通過(guò)應(yīng)用預(yù)先計(jì)算的窗口函數(shù)和對(duì)單位DC增益歸一化該窗口而使用正弦預(yù)測(cè)濾波器計(jì)算系數(shù)。
11.一種執(zhí)行自適應(yīng)濾波的方法，包括接收至少一個(gè)自適應(yīng)濾波器(102)的輸出(103)，監(jiān)視該輸出的特性，以及在反饋回路中轉(zhuǎn)發(fā)校正信號(hào)(105)，以調(diào)節(jié)該特性。
12.權(quán)利要求11所述的方法，其中該至少一個(gè)自適應(yīng)濾波器(102)是低通濾波器，以及所述特性是在輸出中的高頻的量以及校正信號(hào)(105)升高或降低該低通濾波器的高頻截止。
13.一種執(zhí)行自適應(yīng)濾波的方法，包括接收來(lái)自至少兩個(gè)低通FIR濾波器(202，204)的輸出和改變每個(gè)濾波器的加權(quán)以產(chǎn)生濾波的輸出數(shù)據(jù)(205)；接收至少一個(gè)截止頻率(203)，把該截止頻率(203)提供給該至少兩個(gè)低通FIR濾波器(202，204)中的至少一個(gè)濾波器；以及改變?cè)撝辽賰蓚€(gè)低通FIR濾波器(202，204)的每個(gè)濾波器的加權(quán)，以便在至少兩個(gè)低通FIR濾波器(202，204)之間切換。
14.權(quán)利要求13所述的方法，其中所述方法工作在正常模式和過(guò)渡模式，其中在正常模式下，所述方法不切換濾波器特性，以及輸出是來(lái)自于該至少兩個(gè)低通FIR濾波器中的僅僅一個(gè)濾波器(202)，以及在過(guò)渡模式下，所述方法切換濾波器特性以及輸出是來(lái)自于該至少兩個(gè)低通FIR濾波器(202，204)的一個(gè)以上的濾波器。
全文摘要
一種自適應(yīng)濾波設(shè)備和方法，其中至少一個(gè)自適應(yīng)濾波器接收輸入信號(hào)以及計(jì)量設(shè)備接收該至少一個(gè)自適應(yīng)濾波器的輸出，監(jiān)視該輸出的特性，諸如高頻分量的功率，以及在反饋回路中轉(zhuǎn)發(fā)校正信號(hào)，以調(diào)節(jié)該至少一個(gè)濾波器的特性，從而改變?cè)撦敵龅奶匦?。一種自適應(yīng)濾波設(shè)備(200)和方法，其中兩個(gè)低通FIR濾波器(202，204)接收輸入信號(hào)，加權(quán)的加法器(206)接收來(lái)自?xún)蓚€(gè)低通FIR濾波器的輸出以及改變每個(gè)的加權(quán)以產(chǎn)生濾波的輸出數(shù)據(jù)，以及控制器(208)接收截止頻率(203)，把截止頻率提供到該兩個(gè)低通FIR濾波器，以及把信號(hào)提供到加權(quán)的加法器，用于改變每個(gè)低通FIR濾波器的加權(quán)，以便在它們之間切換。
文檔編號(hào)H03H21/00GK1774862SQ200480009975
公開(kāi)日2006年5月17日 申請(qǐng)日期2004年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月17日
發(fā)明者E·詹斯森, D·里夫曼 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司