專利名稱：用于控制噪聲整形設(shè)備的輸出中的瞬態(tài)響應(yīng)的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及噪聲整形設(shè)備，例如在數(shù)字音頻放大器中使用的噪聲 整形設(shè)備，并且更特別地涉及當(dāng)噪聲整形設(shè)備停止限幅輸出信號(hào)時(shí)，用于 控制噪聲整形設(shè)備的輸出中的瞬態(tài)響應(yīng)的系統(tǒng)和方法。
相關(guān)纟支術(shù)
數(shù)字放大器可以各種方式處理信號(hào)。例如，脈寬調(diào)制(PWM)數(shù)字放 大器通常使用噪聲整形設(shè)備量化輸入信號(hào)(即，將信號(hào)從N位信號(hào)變換到 可能具有最大幅值的M位輸出信號(hào))。噪聲整形設(shè)備同樣提供一些基于輸 入信號(hào)與輸出信號(hào)間的濾波的差值的反饋以成形輸出信號(hào)的噪聲譜。
參考

圖1,顯示了示出傳統(tǒng)的噪聲整形設(shè)備一般結(jié)構(gòu)的原理框圖。噪 聲整形設(shè)備110通常包括量化器120和濾波器130。輸入數(shù)字音頻(例如， 脈碼調(diào)制，或者說PCM)信號(hào)輸入到噪聲整形設(shè)備110。在輸入信號(hào)輸入 到量化器120之前，反饋信號(hào)加到輸入信號(hào)中。量化器120產(chǎn)生相應(yīng)于輸 入信號(hào)的輸出數(shù)字音頻信號(hào)。輸入信號(hào)和輸出信號(hào)間的差值,皮^是供到濾波 器130，濾波器130處理此差值以產(chǎn)生反饋信號(hào)，所述反饋信號(hào)在輸入信 號(hào)被量化前加到輸入信號(hào)中。
量化器120獲得經(jīng)常具有高分辨率(例如，16-24位)的信號(hào)并產(chǎn)生 輸出數(shù)字音頻信號(hào)，所述輸出數(shù)字音頻信號(hào)具有由放大器的數(shù)據(jù)通路中的 后繼組件要求的特定的分辨率(例如，9位)。量化器120不但變換輸入信 號(hào)到期望的分辨率，而且如果輸入信號(hào)超過閾值(最大值或最小值)可以 限幅該信號(hào)。
濾波器130產(chǎn)生反饋信號(hào)以再成形由噪聲整形設(shè)備110接收的音頻信 號(hào)和量化的輸出信號(hào)的噪聲i普。如上面所提到的，從輸入音頻信號(hào)中減去 輸出音頻信號(hào)以產(chǎn)生差值信號(hào)。濾波器130接收差值信號(hào)并濾波此差值信 號(hào)以產(chǎn)生反饋信號(hào)。濾波器130通常保持內(nèi)部狀態(tài)數(shù)據(jù)，使得在每個(gè)音頻 取樣周期，差值信號(hào)的濾波是基于先前取樣周期中的差值信號(hào)值的。
如在圖1中顯示的噪聲整形設(shè)備中可能遇到的問題之一涉及量化器限 幅輸出信號(hào)。當(dāng)輸出信號(hào)的限幅發(fā)生時(shí)，輸入信號(hào)和輸出信號(hào)間的差值開 始增加。隨著這些信號(hào)間的差值的增加，濾波器試圖補(bǔ)償以減少差值。例 如，當(dāng)輸入為高時(shí)，濾波器產(chǎn)生更高的信號(hào)以增加量化器的輸出(其已被 限幅)至輸入的水平。然而，因?yàn)榱炕髟谙嗤乃较薹盘?hào)，因此增 加的濾波器信號(hào)不會(huì)影響量化器的輸出。濾波器因此繼續(xù)增加其輸出以試 圖使輸入信號(hào)和輸出信號(hào)相等。如果濾波器使用積分法，隨著濾波器繼續(xù) 試圖使輸入信號(hào)和輸出信號(hào)相等，濾波器的內(nèi)部狀態(tài)"飽和"(windup)。 也就是說，狀態(tài)值增加到一般比它們的正常操作范圍高得多的水平。
當(dāng)量化器繼續(xù)限幅輸出信號(hào)時(shí)，濾波器的內(nèi)部狀態(tài)的飽和不明顯。然 而，當(dāng)信號(hào)降到量化器限幅信號(hào)的水平以下時(shí)，濾波器仍試圖提供基于輸 入信號(hào)和輸出信號(hào)間的大的差值的反饋。結(jié)果是，濾波器實(shí)際上引入了一 個(gè)相對(duì)大的誤差。當(dāng)濾波器處理此誤差時(shí)，濾波器信號(hào)可能在過高和過低 間振蕩，在量化器輸出信號(hào)中引起尖峰信號(hào)或其他不期望的偽像(artifact )。 圖2中顯示了信號(hào)的瞬態(tài)響應(yīng)中的這些尖峰信號(hào)。圖2A示出輸入信號(hào)和 噪聲整形設(shè)備限幅信號(hào)的水平。圖2B示出由噪聲整形設(shè)備產(chǎn)生的輸出信 號(hào)?？梢钥吹疆?dāng)噪聲整形設(shè)備停止限幅信號(hào)時(shí)，噪聲整形設(shè)備的內(nèi)部狀態(tài) 的飽和？ 1起信號(hào)中的尖峰信號(hào)。
傳統(tǒng)上，此問題的解決方案是限制(例如，限幅)濾波器的內(nèi)部狀態(tài) 值使得這些值不能變得太高，從而限制當(dāng)量化器停止限幅時(shí)引起的尖峰信 號(hào)。然而，存在折衷一一狀態(tài)值被限制越多，將發(fā)生越少的內(nèi)部狀態(tài)的飽 和(以及輸出中的尖峰信號(hào)或偽像)，但濾波器同樣具有較少的補(bǔ)償輸入 信號(hào)和輸出信號(hào)間的差值的自由。同樣，如果內(nèi)部狀態(tài)的限幅經(jīng)常發(fā)生， 這可能在輸出中引起噪聲。如果較少限制狀態(tài)值，則濾波器將能更好地補(bǔ)
償輸入信號(hào)和輸出信號(hào)間的差值，但尖峰信號(hào)和偽像將更嚴(yán)重。因此傳統(tǒng) 的解決方案是通過為狀態(tài)值選取極限值以在噪聲譜再成形和尖峰信號(hào)或 偽像的減少之間折衷，所述為狀態(tài)值選取的極限值足夠低以在一定程度上 限制尖峰信號(hào)或偽像，并且足夠高以允許濾波器提供一些反饋用于再成形 音頻信號(hào)的噪聲譜。
此傳統(tǒng)的解決方案對(duì)于尖峰信號(hào)和偽像的問題或反饋信號(hào)的產(chǎn)生來 說不是最佳的。而且，因?yàn)槿斯さ卮_定每個(gè)狀態(tài)值應(yīng)該限制在什么水平是 一個(gè)冗長(zhǎng)的過程，因此此解決方案可能^艮難實(shí)現(xiàn)。因此期望提供系統(tǒng)和方 法，所述系統(tǒng)和方法當(dāng)量化器停止限幅時(shí)，減少或消除輸出信號(hào)中的尖峰 信號(hào)或偽像，但當(dāng)量化器沒有限幅時(shí)，通過限制濾波器的內(nèi)部狀態(tài)而不減 少濾波器的效用。
發(fā)明概述
本公開針對(duì)在多位數(shù)字噪聲整形設(shè)備中實(shí)現(xiàn)的、用于當(dāng)噪聲整形設(shè)備 退出限幅狀態(tài)時(shí)減少或消除尖峰信號(hào)或其他不期望的瞬態(tài)響應(yīng)的系統(tǒng)和 方法。(應(yīng)注意在此處提到的"尖峰信號(hào)"、"偽像，，或類似名詞應(yīng)解釋為 包括任何類型的不期望的瞬態(tài)響應(yīng)。)在一個(gè)實(shí)施方式中，噪聲整形設(shè)備 包括類似于傳統(tǒng)噪聲整形設(shè)備包括的量化器和濾波器，以及包括濾波器控 制單元，所述濾波器控制單元檢測(cè)量化器中的限幅并動(dòng)態(tài)調(diào)整濾波器的內(nèi) 部狀態(tài)值的允許范圍。在此實(shí)施方式中，為濾波器內(nèi)的每個(gè)狀態(tài)值提供限 幅機(jī)構(gòu)以在狀態(tài)值超過相應(yīng)限幅水平時(shí)，限幅狀態(tài)值。每個(gè)狀態(tài)值的限幅 水平是可更改的，以使得當(dāng)量化器限幅時(shí)限幅水平設(shè)置為第一(例如，低) 水平，而當(dāng)量化器沒有限幅時(shí)限幅水平設(shè)置為第二 (例如，高)水平。每 個(gè)狀態(tài)值的限幅水平可被立即或逐漸地從當(dāng)前水平轉(zhuǎn)變?yōu)槟繕?biāo)水平(目標(biāo) 水平在量化器限幅時(shí)較低，而在量化器沒有限幅時(shí)較高。)
一個(gè)實(shí)施方式包括一種在多位數(shù)字噪聲整形設(shè)備中實(shí)現(xiàn)的方法。此方 法包括量化輸入數(shù)字音頻信號(hào)以產(chǎn)生輸出數(shù)字音頻信號(hào)，當(dāng)輸入數(shù)字音頻 信號(hào)超過閾值時(shí)限幅輸出數(shù)字音頻信號(hào)，以及包括當(dāng)噪聲整形設(shè)備停止限 幅輸出數(shù)字音頻信號(hào)時(shí)抑制輸出數(shù)字音頻信號(hào)中的不期望的瞬態(tài)響應(yīng)。在
一個(gè)實(shí)施方式中，當(dāng)量化器限幅時(shí)，通過在噪聲整形設(shè)備中限制濾波器的 內(nèi)部狀態(tài)值的范圍，來抑制輸出數(shù)字音頻信號(hào)中的不期望的瞬態(tài)響應(yīng)。通 過以可變的水平限幅狀態(tài)值，可限制狀態(tài)值，其中當(dāng)量化器限幅時(shí)，狀態(tài) 限幅水平降低而當(dāng)量化器沒有限幅時(shí)，狀態(tài)限幅水平升高。在一個(gè)實(shí)施方 式中，當(dāng)量化器限幅時(shí)，狀態(tài)限幅水平減少到0。限幅水平的升高及/或降 葉氐可以是立即的或逐漸的。
另 一個(gè)實(shí)施方式包括具有量化器的多位數(shù)字噪聲整形設(shè)備，所述量化 器配置成當(dāng)輸入數(shù)字音頻信號(hào)超過閾值時(shí)，限幅輸出數(shù)字音頻信號(hào)以及當(dāng) 量化器停止限幅輸出數(shù)字音頻信號(hào)時(shí)，抑制輸出數(shù)字音頻信號(hào)中的不期望 的瞬態(tài)響應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施方式中，通過在噪聲整形設(shè)備中限制濾波器的內(nèi) 部狀態(tài)值的范圍來抑制輸出數(shù)字音頻信號(hào)中的不期望的瞬態(tài)響應(yīng)。通過以 可更改的水平限幅狀態(tài)值，可限制狀態(tài)值。當(dāng)量化器限幅時(shí)，這些水平降 低，而當(dāng)量化器沒有限幅時(shí)，這些水平升高。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，
當(dāng)量化器限幅時(shí)，狀態(tài)限幅水平減少到o。限幅水平的升高;^/或降低可以 是立即的或逐漸的。在一個(gè)實(shí)施方式中，對(duì)簡(jiǎn)單的限幅檢測(cè)信號(hào)濾波(例 如，使用單極IIR低通濾波器)以產(chǎn)生在高狀態(tài)限幅水平和低狀態(tài)限幅水 平間逐漸轉(zhuǎn)變的信號(hào)。
許多其他的實(shí)施方式同樣是可能的。 附圖的簡(jiǎn)要說明
通過閱讀下面詳細(xì)的說明并參考附圖，本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)將變 得顯而易見。
圖i是示出傳統(tǒng)噪聲整形設(shè)備一般結(jié)構(gòu)的原理框圖。
圖2是示出在現(xiàn)有技術(shù)的 一些噪聲整形設(shè)備中的音頻信號(hào)的限幅以及 由內(nèi)部狀態(tài)的飽和造成的尖峰信號(hào)的示意圖。
圖3是示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的噪聲整形設(shè)備的結(jié)構(gòu)的原理框圖。
圖4是示出在圖3的噪聲整形設(shè)備中的濾波器控制單元的運(yùn)行的筒單 流程圖。
圖5是示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的噪聲整形設(shè)備的結(jié)構(gòu)的更詳細(xì)的原理 框圖。
圖6是示出在圖5的噪聲整形設(shè)備中的各種信號(hào)之間關(guān)系的示意圖。
盡管本發(fā)明服從于各種更改和可供選擇的形式，但是其中具體的實(shí)施 方式以實(shí)施例的方式在附圖和隨附的詳細(xì)說明中顯示出。然而應(yīng)該理解， 附圖和詳細(xì)說明并不旨在將本發(fā)明限于所描述的特定的實(shí)施方式。相反本 發(fā)明旨在包含落在由所附權(quán)利要求界定的本發(fā)明范圍內(nèi)的所有的更改、等 價(jià)形式和可供選擇的形式。
詳細(xì)說明
下面描述了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式。應(yīng)該注意到下面描述的這 些以及任何其他實(shí)施方式是示例性的并旨在說明本發(fā)明而不是限制本發(fā) 明。
如在此描述的，本發(fā)明的各種實(shí)施方式包括用于在數(shù)字放大器中減少 或消除被限幅的音頻信號(hào)中的不期望的瞬態(tài)響應(yīng)的系統(tǒng)和方法。
在一個(gè)實(shí)施方式中，數(shù)字脈寬調(diào)制(PWM)放大器包括噪聲整形設(shè)備， 所述噪聲整形設(shè)備量化并再成形輸入音頻信號(hào)的噪聲譜以產(chǎn)生輸出音頻 信號(hào)。噪聲整形設(shè)備包括量化器，所述量化器配置成量化輸入音頻信號(hào)并 且必要時(shí)限幅該信號(hào)。噪聲整形設(shè)備此外包括濾波器，所述濾波器配置成 接收差值信號(hào)(相應(yīng)于輸出音頻信號(hào)和輸入音頻信號(hào)間的差值)，濾波差 值信號(hào)并在提供輸入信號(hào)到量化器前將濾波的反饋信號(hào)加到輸入信號(hào)中。
為了減少輸出信號(hào)中的不期望的瞬態(tài)響應(yīng)，噪聲整形設(shè)備包括限幅檢 測(cè)器，所述限幅檢測(cè)器配置成檢測(cè)量化器對(duì)音頻信號(hào)的限幅并提供限幅指 示給濾波器。當(dāng)量化器沒有限幅音頻信號(hào)時(shí)，允許濾波器(一般為積分濾 波器)的內(nèi)部狀態(tài)值在第一值域內(nèi)變化。當(dāng)量化器限幅音頻信號(hào)時(shí)，濾波 器的內(nèi)部狀態(tài)值被限制在減少的值域內(nèi)，所述減少的值域是第一值域的子 集。濾波器內(nèi)部狀態(tài)的減少的值域不允許內(nèi)部狀態(tài)"飽和"，從而當(dāng)量化 器停止限幅時(shí)，減少量化器輸出信號(hào)中的不期望的瞬態(tài)響應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施方式中，狀態(tài)值的范圍由濾波器中的一組限幅機(jī)構(gòu)(量化 器)控制。允許每個(gè)狀態(tài)值自由地變化到一極限值，在此極限值處相應(yīng)的 限幅機(jī)構(gòu)限幅狀態(tài)值。限幅每個(gè)狀態(tài)值的水平由濾波器控制單元確定。當(dāng)
噪聲整形量化器(noise shaper quantizer)沒有限幅時(shí)，這升高限幅水平到 它們各自的最大值，并且當(dāng)噪聲整形設(shè)備量化器限幅時(shí)，降低限幅水平到 較低水平。限幅水平可在較高水平和較低水平間直接轉(zhuǎn)變，或者它們可以 逐漸轉(zhuǎn)變到這些水平(例如，通過低通濾波限幅檢測(cè)信號(hào)。)
參考圖3,顯示了示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的噪聲整形設(shè)備的 結(jié)構(gòu)的原理框圖。在此實(shí)施方式中，噪聲整形設(shè)備310在數(shù)字脈寬調(diào)制 (PWM)放大器中實(shí)現(xiàn)。噪聲整形設(shè)備310與傳統(tǒng)的噪聲整形設(shè)備設(shè)計(jì)相 似，包括量化器320和濾波器330。然而噪聲整形設(shè)備310還包括在量化 器320和濾波器330間耦合的濾波器控制單元340。
濾波器控制單元340配置成監(jiān)控量化器320并確定量化器320是否限 幅輸入音頻信號(hào)。濾波器控制單元340產(chǎn)生基于量化器320是否限幅的控 制信息并提供此信息給濾波器330。控制信息用以更改濾波器330中的狀 態(tài)凄t據(jù)。如果量化器320限幅，則更改狀態(tài)數(shù)據(jù)以限制由濾波器330產(chǎn)生 的反饋信號(hào)的量值。否則，控制信息允許濾波器330的狀態(tài)正常地變化。
參考圖4,顯示了示出圖3的噪聲整形設(shè)備中的濾波器控制單元的運(yùn) 行的簡(jiǎn)單的流程圖。如在此圖中所示的，濾波器控制單元340不間斷地執(zhí) 行一個(gè)控制循環(huán)，在所述控制循環(huán)中，噪聲整形設(shè)備的量化器320的限幅 ^皮監(jiān)控(功能塊410)。如果量化器沒有限幅，則允許濾波器330的狀態(tài)值 在其可能值的滿域內(nèi)變化(功能塊420)。另一方面，如果量化器限幅，則 濾波器330的狀態(tài)值被限制在減少的值域內(nèi)(功能塊430)。應(yīng)該注意到濾 波器控制單元可被配置成在允許的狀態(tài)值的滿域和減少的值域間緩慢地 轉(zhuǎn)變，而不是在其間突變。
參考圖5，顯示了示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的噪聲整形設(shè)備的結(jié)構(gòu)的更 詳細(xì)的原理框圖。在此實(shí)施方式中，由噪聲整形設(shè)備510接收輸入音頻信 號(hào)，以及由濾波器530產(chǎn)生的反饋信號(hào)被加到輸入信號(hào)以產(chǎn)生更改的輸入 信號(hào)。該更改的輸入信號(hào)一皮提供到量化器520,量化器520產(chǎn)生相應(yīng)于輸
入信號(hào)的輸出音頻信號(hào)，其中，輸出信號(hào)被量化并可能被限幅。與圖3的
實(shí)施方式一樣，濾波器控制單元540檢測(cè)量化器520中的限幅并提供相應(yīng) 的控制信號(hào)到濾波器530。濾波器530同樣接收是輸入音頻信號(hào)和輸出音 頻信號(hào)間的差值的信號(hào)。濾波器530產(chǎn)生基于此差值信號(hào)和從濾波器控制 單元540接收的控制信號(hào)的反饋信號(hào)。
濾波器控制單元540包括限幅檢測(cè)器542和低通濾波器544。限幅檢 測(cè)器542簡(jiǎn)單地;險(xiǎn)測(cè)量化器520中的限幅并產(chǎn)生指示量化器520是否限幅 的二進(jìn)制信號(hào)。此信號(hào)由低通濾波器544接收并濾波。低通濾波器544的 作用是應(yīng)用"平滑"函數(shù)并從而產(chǎn)生不在高值和低值間急劇轉(zhuǎn)變而是在高值 和低值間更逐步地移動(dòng)的信號(hào)。由低通濾波器544產(chǎn)生的信號(hào)由濾波器控 制單元540輸出并提供到濾波器530。
可以看到濾波器530包括一系列的積分器531-533。差值信號(hào)提供到 積分器中第一個(gè)積分器(531)，此積分器的輸出提供到此系列積分器中的 下一個(gè)積分器(532)。積分器532的輸出隨即提供到下一個(gè)積分器533。 接著每個(gè)積分器的輸出都與原始差值信號(hào)相加求和。求和的結(jié)果由濾波器 530作為反饋信號(hào)輸出，并加到輸入音頻信號(hào)。
應(yīng)該注意到如在圖5中示出的濾波器530的結(jié)構(gòu)是一般在噪聲整形設(shè) 備中實(shí)現(xiàn)的此類型濾波器的簡(jiǎn)化的實(shí)施例。這些濾波器可能具有比圖中示 出的3個(gè)積分器更多的積分器(或諧振器)。濾波器可能還具有許多其他 的為了簡(jiǎn)潔目的而從圖中省略的組件。因?yàn)楦郊拥慕M件和其運(yùn)行是在數(shù)字 放大器設(shè)計(jì)領(lǐng)域熟知的和被理解的，所以在此不再詳述。
濾波器530中的每一個(gè)積分器531-533都保持內(nèi)部狀態(tài)數(shù)據(jù)，所述內(nèi) 部狀態(tài)數(shù)據(jù)在每個(gè)PWM開關(guān)周期(switchperiod)內(nèi)更新。在一個(gè)實(shí)施方 式中，狀態(tài)包括儲(chǔ)存在相應(yīng)寄存器內(nèi)的狀態(tài)值。另外，每個(gè)積分器包括限 幅機(jī)構(gòu)，該限幅才幾構(gòu)配置成當(dāng)狀態(tài)值超過相應(yīng)的最大值限幅水平時(shí)限幅積 分器的狀態(tài)值。(這里使用的"最大值"，指限幅水平的量值一一信號(hào)可以 因此在正的最大值和負(fù)的最大值之間變化，或者說從+最大值到-最大值變 化。)
當(dāng)量化器沒有限幅時(shí)，每個(gè)積分器的狀態(tài)值通常保持遠(yuǎn)低于最大水
平。在這種情況下，輸出音頻信號(hào)和輸入音頻信號(hào)間的差值一般^Mv負(fù)二分 之一到正二分之一輸出音頻信號(hào)中對(duì)水平量化的步長(zhǎng)變化。因此反饋信號(hào) 只需處理此相對(duì)小的差值。然而當(dāng)量化器限幅時(shí)，輸出音頻信號(hào)和輸入音 頻信號(hào)間的差值增加，并且隨著濾波器試圖補(bǔ)償輸出音頻信號(hào)和輸入音頻 信號(hào)間增加的差值，積分器的狀態(tài)值增加。因?yàn)榱炕鞯南薹３州敵鲂?號(hào)和輸入信號(hào)間的(有時(shí)為相當(dāng)大的)差值，因此狀態(tài)值繼續(xù)增加，通常 直到狀態(tài)值達(dá)到其最大值(狀態(tài)值被限幅處的值)為止。
如上面所指出的，傳統(tǒng)的噪聲整形設(shè)備設(shè)置狀態(tài)值被限幅處的水平為 折衷值。也就是，當(dāng)量化器沒有限幅時(shí)，限幅水平低于運(yùn)行的期望值，而 當(dāng)量化器限幅時(shí)，限幅水平高于限制狀態(tài)值的飽和的期望值。然而在本系 統(tǒng)和方法中，每個(gè)積分器的限幅水平是可變的。當(dāng)量化器沒有限幅時(shí)，限 幅水平設(shè)置為較高值，而當(dāng)量化器限幅時(shí)，限幅水平設(shè)置為較低值。因此， 必要時(shí)狀態(tài)值可具有較寬的值域以對(duì)非限幅的信號(hào)執(zhí)行噪聲整形，但當(dāng)試 圖對(duì)限幅的信號(hào)執(zhí)行噪聲整形時(shí)，狀態(tài)值被限于較窄的值域。通過限制狀 態(tài)值的范圍，當(dāng)量化器停止限幅信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)防止濾波器的內(nèi)部狀態(tài)的飽 和和因而發(fā)生的不期望的瞬態(tài)響應(yīng)。
再次參考圖5,每一個(gè)積分器531-533分別具有相關(guān)聯(lián)的內(nèi)部狀態(tài) Sl-S3。濾波器530的數(shù)據(jù)通路更新內(nèi)部狀態(tài)S1-S3。傳統(tǒng)上，每個(gè)積分器 的內(nèi)部狀態(tài)在設(shè)置的水平QNSLEV處限幅，根據(jù)狀態(tài)限幅函數(shù)QNS():
<formula>formula see original document page 12</formula>
其中x是限幅前的狀態(tài)，y是限幅后的狀態(tài)。如上面提到的，狀態(tài)限 幅水平QNSLEV傳統(tǒng)上設(shè)置為不變的折衷值。限幅水平一般設(shè)置為一值， 在所述值處濾波器的內(nèi)部狀態(tài)的飽和在一定程度上被限制，但仍能充分地
變化以執(zhí)行合理的輸入音頻信號(hào)的噪聲再成形。
在本系統(tǒng)和方法中，限幅水平被動(dòng)態(tài)地調(diào)整，其取決于量化器是否限 幅，而不是使用限幅水平的設(shè)置值。在這種情況下，仍能使用狀態(tài)限幅函
數(shù)QNS(),但限幅水平QNSLEV是可變的。
在一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)中，當(dāng)量化器限幅時(shí)，限幅水平設(shè)置為較低值，而 當(dāng)量化器沒有限幅時(shí)，限幅水平設(shè)置為較高值。這可表示為
if ( CUP )
QNSLEV = LEVIA
else
QNSLEV = LEVHI;
其中CLIP是二進(jìn)制信號(hào)，當(dāng)量化器限幅時(shí)此信號(hào)為真，當(dāng)量化器沒 有限幅時(shí)此信號(hào)為假。LEVLO是較低的限幅水平值，LEVHI是較高的限 幅水平值。盡管LEVLO和LEVHI可被設(shè)置為對(duì)QNSLEV來說可能的任 何值，但它們優(yōu)選地選定為使得LEVHI高于傳統(tǒng)上為QNSLEV選擇的值 (例如，1 )且LEVLO低于傳統(tǒng)上為QNSLEV選擇的值(例如，1/128 )。
應(yīng)注意到量化器可能為單個(gè)樣值，或甚至為少數(shù)幾個(gè)樣值限幅，而不 引起內(nèi)部狀態(tài)飽和。在這種情況下，不通過過快降低限幅水平QNSLEV(例 如，通過在高限幅水平和低限幅水平間直接轉(zhuǎn)換QNSLEV)而過多限制噪 聲整形設(shè)備的內(nèi)部狀態(tài)可能是有利的。舉例來說，以通過單極IIR(無限 沖激響應(yīng))低通濾波器(例如，544)對(duì)目標(biāo)限幅水平(其為高水平或低 水平)濾波的方法，可控制QNSLEV在高低水平間轉(zhuǎn)換的速率。在目標(biāo)限 幅水平轉(zhuǎn)變后，濾波器的輸出逐漸接近目標(biāo)水平，而不是直接在高低水平 間轉(zhuǎn)換。濾波器輸出接近目標(biāo)限幅水平的速度由可設(shè)置為適當(dāng)值的時(shí)間常 數(shù)確定。
再次參考圖5，限幅檢測(cè)器542產(chǎn)生目標(biāo)限幅水平信號(hào)，TC,且低通 濾波器544濾波目標(biāo)限幅水平信號(hào)以產(chǎn)生實(shí)際限幅水平信號(hào)，AC。實(shí)際的 限幅水平信號(hào)隨即被提供給濾波器530中的每個(gè)積分器531-533，在每個(gè) 積分器中用作動(dòng)態(tài)限幅水平，QNSLEV。
TC可由下述函數(shù)表示 if ( CUP )
TC = LEVLO;
else
TC = LEVHL
對(duì)于在數(shù)字邏輯中的實(shí)現(xiàn)，AC于是可由一階IIR濾波器函數(shù)方便并充 分J4表示出
AC(n) = AC(n-l) + (TC(n)-AC(n-l))*l/(2AQEPS),
其中n是被處理的輸入音頻信號(hào)的樣值的數(shù)量，QEPS是為低通濾波器設(shè) 置"時(shí)間常數(shù)，，(s=l/2AQEPS)的值。
參考圖6,顯示了示出在圖5的噪聲整形設(shè)備中的不同信號(hào)間的關(guān)系 的示意圖。圖6包括信號(hào)CLIP、 TC和AC。 CLIP是指示量化器520是否 限幅輸入音頻信號(hào)的二進(jìn)制信號(hào)。當(dāng)量化器限幅時(shí)，CLIP為高，且當(dāng)量化 器沒有限幅時(shí)，CLIP為低。信號(hào)TC對(duì)應(yīng)于目標(biāo)限幅水平，在兩個(gè)限幅水 平間交替，為L(zhǎng)EVLO或LEVHI。 TC從這兩個(gè)值中的一個(gè)值直接轉(zhuǎn)換到 另一個(gè)值。提供給濾波器530的實(shí)際限幅水平，即信號(hào)AC不是二進(jìn)制的， 而是漸近地接近TC值。
圖6中示出了幾種形式的AC。 AC的每種示出的形式對(duì)應(yīng)于QEPS的 不同值，如上面指出的，QEPS控制AC接近TC值的速率。QPES的大值 將引起限幅水平非常緩慢地變化，導(dǎo)致基本上固定的限幅水平(見AC4)。 QPES的小值將引起限幅氷平非?？斓刈兓?。例如，O值將引起限幅水平完 全跟隨目標(biāo)水平，在水平LEVHI和LEVLO間直接轉(zhuǎn)換(見TC )。 QEPS 的中間值將導(dǎo)致限幅水平逐漸地接近目標(biāo)水平(見ACl， AC2, AC3)。
一個(gè)在數(shù)字邏輯中用足夠大范圍的水平和時(shí)間常數(shù)提供有效解決方 案的實(shí)施方式中，由儲(chǔ)存在控制寄存器的3位字段中的值(QLEV)控制 QNSLEV。在此實(shí)施方式中，QNSLEV = 1/ ( 2AQLEV )。因?yàn)镼LEV可從 0到7變化，因此QNSLEV可從1到1/128 (近似0.0078)變化。QEPS
同樣儲(chǔ)存在控制寄存器的3位字段中。如果QEPS設(shè)置為7，這將選4奪4艮 大的(實(shí)際上為無窮大的)時(shí)間常數(shù)，s，使得QNSLEV基本上固定在 1/2八QLEV。如果QEPS設(shè)置為O，則s為l,這將引起濾波器在高狀態(tài)限 幅水平和低狀態(tài)限幅水平間直接轉(zhuǎn)變。例如，當(dāng)在噪聲整形設(shè)備量化器中
發(fā)生限幅時(shí)，QNSLEV可直接降至0,這樣所有的狀態(tài)值將被有效地清除。 當(dāng)主噪聲整形設(shè)備限幅時(shí)，將QEPS從1設(shè)置至6將選擇逐漸"變緩慢的" 時(shí)間常數(shù)來朝0降低QNSLEV。可選擇QLEV和QEPS以確保限幅后噪聲 整形設(shè)備的緩慢恢復(fù)。
應(yīng)注意到，期望上面所描述的實(shí)施方式是說明性的?？晒┻x擇的實(shí)施 方式可使用除了上面所描述外的機(jī)構(gòu)或算法實(shí)現(xiàn)上述的一個(gè)或多個(gè)特征。 例如，盡管一些實(shí)施方式可能基于量化器中限幅的簡(jiǎn)單檢測(cè)限制濾波器的 內(nèi)部狀態(tài)值，而其他的實(shí)施方式可能基于更復(fù)雜的限幅條件限制狀態(tài)值 (例如，限幅持續(xù)幾個(gè)取樣時(shí)間間隔的條件下)。在另一個(gè)實(shí)施例中，一 個(gè)實(shí)施方式可能使用單極IIR濾波器函數(shù)以轉(zhuǎn)變限幅水平，其他的實(shí)施方 式為此目的可能使用其他類型的函數(shù)。在還有的另外一個(gè)實(shí)施例中，盡管 一些實(shí)施方式可能通過限制濾波器的內(nèi)部狀態(tài)，控制濾波器的信號(hào)輸出， 而其他的實(shí)施方式可能通過可調(diào)整地限幅輸入到濾波器的差值信號(hào)或甚 至限幅濾波器的輸出，來獲得相似的結(jié)果。
本領(lǐng)域中的技術(shù)人員應(yīng)該理解信息和信號(hào)可使用各種不同的術(shù)語(yǔ) (technology)和技術(shù)中任一種來表示出。例如，整個(gè)上面的描述中可能一皮 引用的數(shù)據(jù)、信息、信號(hào)、位等可由電壓、電流、電磁波或類似的量，包 括這些量的組合來表示出。使用任何合適的，包括電線、金屬記錄線等的 傳輸J某介可在本公開的系統(tǒng)中的組件間傳遞信息和信號(hào)。
技術(shù)人員將進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到與在此公開的實(shí)施方式結(jié)合描述的各種說 明性的邏輯塊、模塊、線路和算法步驟可作為電子硬件、計(jì)算機(jī)軟件或兩 者的組合來實(shí)現(xiàn)。為了清楚地說明此硬件和軟件的可互換性，上面一JI殳才艮 據(jù)其功能性來描述的各種說明性的組件、塊、模塊、線路和步驟。這樣的 功能性是否能夠作為硬件或軟件實(shí)現(xiàn)由加于整個(gè)系統(tǒng)上的特定的應(yīng)用和 設(shè)計(jì)限制決定。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員對(duì)每一特殊的應(yīng)用可以不同的方式實(shí)
現(xiàn)所描述的功能性，但這樣的實(shí)現(xiàn)決定不應(yīng)解釋為導(dǎo)致偏離了本發(fā)明的范圍。
與在此公開的實(shí)施方式結(jié)合描述的各種說明性的邏輯塊、才莫塊和線踏^
可通過專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)、通用處理器、 數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)或其他邏輯器件、分立門電路(discrete gate)或 晶體管邏l卑電^各、分立硬/f牛纟且4牛(discrete hardware component),或詔？計(jì)以 執(zhí)行在此所描述的功能的其任何組合來實(shí)現(xiàn)或執(zhí)行。
根據(jù)具體的實(shí)施方式，已在上面描述了可由本發(fā)明提供的益處和優(yōu) 點(diǎn)。這些益處和優(yōu)點(diǎn)，以及任何可引起這些益處和優(yōu)點(diǎn)發(fā)生或變得更明顯 的元件或條件限制不被解釋為任何的或所有的權(quán)利要求的重要的、必需的 或本質(zhì)的特征。在此使用的名詞"包括，，("comprises," "comprising")或 其任何其他的變化的形式，旨在被解釋為非排他地包括這些術(shù)語(yǔ)之后的元 件或條件限制。相應(yīng)地，包括一組元件的系統(tǒng)、方法或其他實(shí)施方式不是 僅限于那些元件，并可能包括其他對(duì)所要求的實(shí)施方式來說沒有特別列出 的或固有的元件。
盡管根據(jù)特定的實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但應(yīng)該理解實(shí)施方式是說明 性的，并且本發(fā)明的范圍不限于這些實(shí)施方式。許多對(duì)上面描述的實(shí)施方 式的變化的形式、更改、添加和改進(jìn)是有可能的。預(yù)期這些變化的形式、 更改、添加和改進(jìn)落在如在下面的權(quán)利要求中詳述的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種多位數(shù)字噪聲整形設(shè)備，其包括噪聲整形量化器，其配置成量化輸入數(shù)字音頻信號(hào)并產(chǎn)生輸出數(shù)字音頻信號(hào)，及當(dāng)所述輸入數(shù)字音頻信號(hào)超過閾值時(shí)限幅所述輸出數(shù)字音頻信號(hào)；以及濾波器，其耦合到所述噪聲整形量化器并配置成對(duì)所述輸入數(shù)字音頻信號(hào)和所述輸出數(shù)字音頻信號(hào)間的差值濾波并將濾波的所述差值加到所述輸入數(shù)字音頻信號(hào)，其中所述噪聲整形設(shè)備配置成當(dāng)所述噪聲整形量化器停止限幅所述輸出數(shù)字音頻信號(hào)時(shí)，抑制所述輸出數(shù)字音頻信號(hào)中的不期望的瞬態(tài)響應(yīng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的噪聲整形設(shè)備，其中所述噪聲整形設(shè)備配置 成通過當(dāng)所述噪聲整形量化器沒有限幅輸入信號(hào)時(shí)，使所述噪聲整形設(shè)備 的內(nèi)部狀態(tài)能夠在第 一值域內(nèi)變化，以及當(dāng)所述噪聲整形量化器限幅所述 輸入信號(hào)時(shí)，使所述噪聲整形設(shè)備的所述內(nèi)部狀態(tài)能夠在第二值域內(nèi)變化 的方式，來抑制所述輸出數(shù)字音頻信號(hào)中的所述不期望的瞬態(tài)響應(yīng)，其中 所述第二值域小于所述第一值域。
3. 如權(quán)利要求2所述的噪聲整形設(shè)備，其中所述噪聲整形設(shè)備的所 述內(nèi)部狀態(tài)包括儲(chǔ)存在所述濾波器中的一組狀態(tài)值。
4. 如權(quán)利要求3所述的噪聲整形設(shè)備，其中所述濾波器包括一個(gè)或 多個(gè)配置成將所述一組狀態(tài)值限幅在相應(yīng)限幅水平的內(nèi)部量化器。
5. 如權(quán)利要求4所述的噪聲整形設(shè)備，其進(jìn)一步包括耦合到所述濾 波器并配置成為所述濾波器的內(nèi)部量化器設(shè)置所述限幅水平的濾波器控 制單元。
6. 如權(quán)利要求5所述的噪聲整形設(shè)備，其中所述濾波器控制單元配 置成當(dāng)所述噪聲整形量化器沒有限幅時(shí)，將用于所述濾波器的內(nèi)部量化器 的所述限幅水平i殳置在第一預(yù)定限幅水平組，并當(dāng)所述噪聲整形量化器限 幅時(shí)，將用于所述濾波器的內(nèi)部量化器的所述限幅水平設(shè)置在第二預(yù)定限 幅水平組，其中所述第一預(yù)定限幅水平組高于所述第二預(yù)定限幅水平組。
7. 如權(quán)利要求6所述的噪聲整形設(shè)備，其中所述第二預(yù)定限幅水平 組包4舌0。
8. 如權(quán)利要求5所迷的噪聲整形設(shè)備，其中用于所述濾波器的內(nèi)部 量化器的所述限幅水平是可變的，并且其中所述濾波器控制單元配置成將 用于所述濾波器的內(nèi)部量化器的所述限幅水平轉(zhuǎn)變到目標(biāo)限幅水平組，其 中所述目標(biāo)限幅水平組包括當(dāng)所述噪聲整形量化器沒有限幅時(shí)的第 一預(yù) 定限幅水平組以及當(dāng)所述噪聲整形量化器限幅時(shí)的第二預(yù)定限幅水平組， 其中所述第一預(yù)定限幅水平組高于所述第二預(yù)定限幅水平組。
9. 如權(quán)利要求8所述的噪聲整形設(shè)備，其中所述濾波器控制單元配 置成在所述第一預(yù)定限幅水平組和所述第二預(yù)定限幅水平組之間直接轉(zhuǎn) 變用于所述濾波器的內(nèi)部量化器的所述限幅水平。
10. 如權(quán)利要求8所述的噪聲整形設(shè)備，其中所述濾波器控制單元配 置成在所述第一預(yù)定限幅水平組和所述第二預(yù)定限幅水平組之間逐漸地 轉(zhuǎn)變用于所述濾波器的內(nèi)部量化器的所述限幅水平。
11. 如權(quán)利要求IO所述的噪聲整形設(shè)備，其中所述濾波器控制單元配 置成根據(jù)平滑函數(shù)來轉(zhuǎn)變用于所述濾波器的內(nèi)部量化器的所述限幅水平。
12. 如權(quán)利要求10所述的噪聲整形設(shè)備，其中所述濾波器控制單元 包括單極IIR濾波器，所述單極IIR濾波器配置成對(duì)指示所述噪聲整形量 化器是否限幅的限幅檢測(cè)信號(hào)濾波，并配置成根據(jù)濾波的所述限幅檢測(cè)信 號(hào)來轉(zhuǎn)變用于所述濾波器的內(nèi)部量化器的所述限幅水平。
13. —種在多位數(shù)字噪聲整形設(shè)備中實(shí)現(xiàn)的方法，其包括以下步驟 量化輸入數(shù)字音頻信號(hào)以產(chǎn)生輸出數(shù)字音頻信號(hào)； 當(dāng)所述輸入數(shù)字音頻信號(hào)超過閾值時(shí)，限幅所述輸出數(shù)字音頻信號(hào)；以及當(dāng)所述噪聲整形設(shè)備停止限幅所述輸出數(shù)字音頻信號(hào)時(shí)，抑制所述輸 出數(shù)字音頻信號(hào)中的不期望的瞬態(tài)響應(yīng)。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中抑制所述輸出數(shù)字音頻信號(hào)中的不期望的瞬態(tài)響應(yīng)的所述步驟包括當(dāng)所述量化器沒有限幅輸入信號(hào) 時(shí)，使所述噪聲整形設(shè)備的內(nèi)部狀態(tài)能夠在第一值域內(nèi)變化，以及當(dāng)所述 量化器限幅所述輸入信號(hào)時(shí)，使所述噪聲整形設(shè)備的所迷內(nèi)部狀態(tài)能夠在 第二值域內(nèi)變化，其中所述第二值域小于所述第一值域。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述噪聲整形設(shè)備的所述內(nèi)部 狀態(tài)包括儲(chǔ)存在所述噪聲整形i殳備的濾波器中的一組狀態(tài)值。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中使所述噪聲整形設(shè)備的內(nèi)部狀 態(tài)能夠在第一值域內(nèi)變化的所述步驟包括限幅內(nèi)部狀態(tài)值的組在第一狀 態(tài)限幅水平組，以及其中使所述噪聲整形設(shè)備的所述內(nèi)部狀態(tài)能夠在第二 值域內(nèi)變化的所述步驟包括限幅所述內(nèi)部狀態(tài)值的組在第二狀態(tài)限幅水平組。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述第一狀態(tài)限幅水平組包括 預(yù)定的高狀態(tài)限幅水平以及所述第二狀態(tài)限幅水平組包括預(yù)定的低狀態(tài) 限幅水平。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述預(yù)定的低狀態(tài)限幅水平是0。
19. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述第二狀態(tài)限幅水平組是可 變的，并且其中根據(jù)低通平滑函數(shù)，所述第二狀態(tài)限幅水平組處于上限和 下限之間。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述第二狀態(tài)限幅水平組通過 用單極IIR濾波器對(duì)一組目標(biāo)限幅水平濾波來確定。
全文摘要
在多位數(shù)字噪聲整形設(shè)備中實(shí)現(xiàn)的、用于當(dāng)噪聲整形設(shè)備退出限幅狀態(tài)時(shí)減少或消除不期望的瞬態(tài)響應(yīng)的系統(tǒng)和方法。在一個(gè)實(shí)施方式中，噪聲整形設(shè)備包括量化器、濾波器和濾波器控制單元，所述濾波器控制單元檢測(cè)量化器中的限幅并動(dòng)態(tài)調(diào)整濾波器的內(nèi)部狀態(tài)值的允許范圍。在一個(gè)實(shí)施方式中，為濾波器中的每個(gè)狀態(tài)值提供限幅機(jī)構(gòu)以便如果狀態(tài)值超過相應(yīng)的限幅水平則對(duì)該狀態(tài)值限幅。當(dāng)量化器限幅時(shí)，每個(gè)狀態(tài)值的限幅水平較低，而當(dāng)量化器沒有限幅時(shí)，每個(gè)狀態(tài)值的限幅水平較高。每個(gè)狀態(tài)值的限幅水平可從當(dāng)前水平直接轉(zhuǎn)變或逐漸地轉(zhuǎn)變到目標(biāo)水平(目標(biāo)水平在量化器限幅時(shí)較低，且在量化器沒有限幅時(shí)較高)。
文檔編號(hào)H03M3/00GK101371446SQ200780002413
公開日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2007年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月17日
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