專利名稱：數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器噪聲降低系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明概括地說涉及數(shù)字—模擬(D/A)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，為供由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)再現(xiàn)模擬信號，具體地說涉及改進(jìn)該系統(tǒng)以降低屬于取樣及量化誤差的噪聲，因此，這些改進(jìn)即免除或降低使用一低通濾波器以降低取樣噪聲的需求。
一般的做法是對模擬信號用數(shù)字方法取樣，模擬信號例如代表語音、聲音合成或圖像，以產(chǎn)生數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)樣本，便于后續(xù)使用以再現(xiàn)出一拷貝的原模擬信號，數(shù)字取樣是必須的，由于數(shù)字信號可被完全無錯誤地再現(xiàn)，因此提供優(yōu)于模擬技術(shù)的再現(xiàn)技術(shù)，此數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可使用任何可行數(shù)據(jù)處理器采用的方法儲存，亦即如儲存在數(shù)字存儲器內(nèi)、硬盤或軟盤上、或CD-ROM上等等。
經(jīng)由數(shù)字取樣以再現(xiàn)模擬信號，其取樣速率必須至少兩倍于原模擬信號之帶寬，此速率即稱之為奈奎斯特(NYQUIST)速率，數(shù)字取樣產(chǎn)生兩種型式之誤差，第一種誤差類型為由于取樣速率引起的，并以取樣頻率與取樣頻率多次諧波產(chǎn)生噪聲。例如，原帶寬為4KHz的音頻信號及以8KHz奈奎斯特速率取樣，在再現(xiàn)信號中含有8KHz、24KHZ、32KHZ等取樣噪聲，因此，需要一低通濾波器濾波再現(xiàn)信號，以消除此取樣噪聲。然而，盡管理想的低通濾波器可消除此取樣噪聲，但是現(xiàn)今低通濾波器僅局部限制原信號或者是允許某些取樣噪聲殘存，另一方面可將取樣頻率提高以簡化低通濾波器之負(fù)擔(dān)，然而數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)之?dāng)?shù)量亦需大幅提高。
此外，數(shù)字本通常無法完全代表原模擬信號，甚至在各取樣點(diǎn)由于量化誤差，無法以有限的數(shù)據(jù)位的數(shù)字表示法精確地表示原模擬信號。增加數(shù)據(jù)位數(shù)量雖可降低此誤差，然而此一改變亦將增加數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲空間，而在通訊系統(tǒng)的情況下亦增加傳輸帶寬。
授予TAKEDA的日本專利第1-215126號案及授予DOTSON，JR的美國專利第3,754,236號案揭露產(chǎn)生多重延遲數(shù)字源信號的電路，可以多重?cái)?shù)字—模擬轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換此延遲的數(shù)字信號為模擬信號，然后處理轉(zhuǎn)換后模擬信號以提供最后的插入信號。授予KATOU的日本專利第59-36422號案揭露了與TAKEDA類似的思想，不同處為使用此思想至PWM(脈沖寬度調(diào)制)。
本發(fā)明的目的是改進(jìn)用數(shù)字一模擬轉(zhuǎn)換器再現(xiàn)模擬信號，以大于原取樣頻率的再現(xiàn)速率合成多個中間數(shù)字偽樣本信號，而該合成的偽樣本信號具有大于或等于原數(shù)字樣本的二進(jìn)制分辨度。
本發(fā)明的最佳實(shí)施例包括一數(shù)據(jù)源，提供連續(xù)產(chǎn)生的N位原數(shù)字樣本信號(典型地以一取樣頻率FS對原模擬號取樣而獲得)，與獲取P個該原數(shù)字樣本的控制電路一起，以順序地產(chǎn)生M位數(shù)字偽樣本與該原數(shù)字取樣信號交插，以在一類似增加的再現(xiàn)速度Fr下驅(qū)動D/A轉(zhuǎn)換器，此再現(xiàn)速度Fr產(chǎn)生的取樣噪聲遠(yuǎn)超出原模擬信號頻譜的噪聲。
依據(jù)本發(fā)明又一方面，M位插入值的二進(jìn)制位(bits)的數(shù)字分解度超出該原N位數(shù)字樣本的數(shù)字分解度，更進(jìn)一步地降低數(shù)字取樣產(chǎn)生的噪聲振幅。
依據(jù)本發(fā)明的再一方面，插入的數(shù)字偽樣本是這樣產(chǎn)生的首先把連續(xù)的數(shù)字樣本之差等同樣地除以整數(shù)K，產(chǎn)生步階值，然后順序性加入等于步階值的數(shù)字值至一累計(jì)值。
依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，對若干系列直接代表該取樣的模擬值的數(shù)字樣本、或若干系列代表順序的數(shù)字樣本信號間的△值或差的數(shù)字樣本進(jìn)行運(yùn)算。更者，本發(fā)明可以硬件結(jié)構(gòu)實(shí)施，這些硬件產(chǎn)生該插入值；或在電腦系統(tǒng)上實(shí)施，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在供應(yīng)插入值至一D/A轉(zhuǎn)換器之前產(chǎn)生插入值。
本發(fā)明之新穎特征將由后續(xù)權(quán)利要求書所陳述，本發(fā)明將由以下配合附圖描述，將更易于了解。


圖1為一常用數(shù)字取樣系統(tǒng)的簡化方塊圖。
圖2為一常用系統(tǒng)之典型并聯(lián)式D/A轉(zhuǎn)換器之方塊圖。
圖3A-3B為顯示對模擬信號取樣、量化及取樣誤差的影響的局部波形示意圖。
圖4為本發(fā)明一最佳施例方塊圖，顯示提供多位固定步階值至第二D/A轉(zhuǎn)換器的裝置，其輸出響應(yīng)于數(shù)字樣本值而與第一D/A轉(zhuǎn)換器之輸出相加。
圖5A-5B為顯示使用圖4實(shí)施例以一預(yù)定偽取樣頻率及一固定步階大小的最終噪聲降低的局部波形示意圖。
圖6A-6D為顯示局部波形示意圖，顯示固定及可調(diào)整步階大小以限制數(shù)字取樣對再現(xiàn)模擬信號的影響。
圖7是本發(fā)明最佳實(shí)施例的方塊圖，使用可逆計(jì)數(shù)器/鎖存器以累計(jì)該數(shù)字樣本品信號及步階值與藉由單一D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換該累計(jì)值。
圖8是一先有技術(shù)差動PCMD/A轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)之方塊圖。
圖9系本發(fā)明做為用于差動PCM數(shù)據(jù)的最佳實(shí)施例的方塊圖。
圖10A-10D為顯示在介于DPCM數(shù)字樣本值間產(chǎn)生插入之?dāng)?shù)字偽值之方法的簡化流程圖。
經(jīng)由以下詳細(xì)說明，類似的參考標(biāo)號為參照所有附圖中的類似元件。
首先參照圖1，其示出使用于音頻信號的常用的典型數(shù)字取樣系統(tǒng)10。來自原模擬信號源的帶寬不大于0.5Fs的信號以一取樣器14取樣，以一奈奎斯特速率的取樣時(shí)鐘Fs用于原模擬號。此取樣產(chǎn)生一系列之脈碼調(diào)制(PCM)數(shù)字樣本，此樣本可用于產(chǎn)生再現(xiàn)的模擬信號。PCM樣本為多位數(shù)字樣本，其直接代表(在量化限制范圍內(nèi))在各個取樣點(diǎn)上的原模擬信號。這些PCM樣本信號耦合至編碼器/壓縮器16，后者處理PCM樣本信號以耦合至存儲/傳輸電路18，而該P(yáng)CM樣本信號交替地存儲在數(shù)字存儲媒體上，如數(shù)字存儲器、磁盤存儲裝置等等，以便于供以后重建為模擬信號或傳送至再現(xiàn)電路20。再生電路20用編碼器/擴(kuò)展器22獲取代表各數(shù)字樣本的數(shù)字信號及在取樣速率Fs下向D/A轉(zhuǎn)換電路24提供各樣本。該D/A轉(zhuǎn)換電路24耦合至一音頻輸出裝置，如揚(yáng)聲器226。
在一些公知系統(tǒng)中，該P(yáng)CM數(shù)據(jù)使用編碼器/壓縮器16再進(jìn)行編碼，以降低數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)儲存或傳輸?shù)臄?shù)量，以下即是幾種已知方法的例子DM(δ調(diào)制)，使用單一位的差分調(diào)制，“1”數(shù)據(jù)位以一值增加輸出數(shù)據(jù)，“0”數(shù)據(jù)比位以一值降低輸出數(shù)據(jù)。
DPCM(差分PCM)，等效于多位δ調(diào)制，例如3DPCM、其單一符號位顯示下一個數(shù)據(jù)樣本的極性(增加或減少)而留下的兩位顯示大小的改變。
ADPCM(自適應(yīng)差分PCM)，類似于DPCM，除了施加判斷據(jù)以動態(tài)性地改變周圍的樣本，例如，在三位的ADPCM中，量化電平在每當(dāng)樣本數(shù)據(jù)為111或011(向上或向下全額計(jì)數(shù))時(shí)加倍。同樣的，量化電平在最后數(shù)據(jù)為000(零計(jì)數(shù))時(shí)則為一半，而該判據(jù)亦可參照最終數(shù)據(jù)的絕對電平(absobule level)。例如，自適應(yīng)功能可僅發(fā)生在高信號電平。
非線性映射，量化的動態(tài)范圍為透過對二進(jìn)制數(shù)據(jù)樣本編碼為降低二進(jìn)制分辨度的編碼二進(jìn)制樣本。例如，對語音信號處理，使在一高信號電平下的量化比在低信平電平下的量化大得多。需要一擴(kuò)充算法存儲原二進(jìn)制數(shù)據(jù)。典型地，一算法分析幾個相鄰的數(shù)據(jù)樣本(為在前及在后的數(shù)據(jù)樣本)，以決定趨向，及檢查信號電平，以決定量化電平。亦可引入一查閱表，以擴(kuò)充編碼的數(shù)據(jù)樣本。
前述技術(shù)全部為標(biāo)準(zhǔn)編碼/解碼技術(shù)，各個編碼技術(shù)有不同信噪比(假設(shè)相同取樣頻率及相同位速率)，及不同壓縮比(采用標(biāo)準(zhǔn)PCM)。
亦有個別修正之編碼/解碼系統(tǒng)，使用不同種類之非線性量化判據(jù)及壓縮判據(jù)及使和它們自己的特有名稱，如ASPCM(自適應(yīng)分步PCM)。
一旦再現(xiàn)電路20接收到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，編碼器/擴(kuò)展器22將數(shù)據(jù)形成N位二進(jìn)制數(shù)字樣本，即PCM樣本?，F(xiàn)再參照圖2所示，為顯示D/A轉(zhuǎn)換器24的詳細(xì)方塊圖。數(shù)字樣本典型地以平行方式供應(yīng)，沿著N位平行數(shù)據(jù)路徑28送入至一數(shù)據(jù)鎖存器30上，閂鎖脈沖以一取樣時(shí)鐘速率提供在一閂鎖信號路徑32上，以獲取各個數(shù)字樣本，數(shù)據(jù)鎖存器30提供各獲取的數(shù)字樣本沿著N位閂鎖數(shù)據(jù)路徑36送入至一數(shù)D/A轉(zhuǎn)換器34內(nèi)。通過本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的裝置，該D/A轉(zhuǎn)換器34產(chǎn)生一代表各數(shù)字樣本的再現(xiàn)模擬信號38。此處理即在閂鎖脈沖的控制下，以取樣頻率Fs重覆地進(jìn)行，因此該數(shù)字樣本亦在一Fs速率下供應(yīng)。
D/A轉(zhuǎn)換器的類別有兩種型式，即電壓轉(zhuǎn)換器及電流轉(zhuǎn)換器。電壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生模擬電壓信號，其可被輕易地由一示波器檢視。電流轉(zhuǎn)換器提供模擬電流及普遍使用于市面上之聲音合成芯片上。電流輸出接腳為直接連接至一驅(qū)動晶體管的基極，后者驅(qū)動揚(yáng)聲器。除了平行數(shù)字轉(zhuǎn)換器外，D/A轉(zhuǎn)換器電路24也可使用串行D/A轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，而當(dāng)輸入數(shù)字樣本時(shí)，一次一位地進(jìn)入串行D/A轉(zhuǎn)換器內(nèi)，本領(lǐng)域的普通人員在公知技術(shù)及本發(fā)明的之實(shí)施例可清楚看出，該不同型式的D/A轉(zhuǎn)換器在功能上可以互換。
參照圖3A-3B，顯示此取樣技術(shù)之影響。在這些圖中，顯示一部分原模擬信號40在取樣點(diǎn)42、44及46取樣，并以相等于1/Fs之間間隔相互隔開及產(chǎn)生再現(xiàn)模擬信號48，數(shù)字樣本信號由于二進(jìn)制分辨度，表示再現(xiàn)原模擬信號40能力受到限制。因?yàn)橐粩?shù)字樣本即使在取樣點(diǎn)位置也不能同樣代表模擬信號，故稱為量化噪聲及表示為陰影區(qū)域50、52、54、56及58之誤差即產(chǎn)生。此外，因再現(xiàn)模擬信號48為在取樣脈沖間為靜態(tài)，故稱為取樣噪聲及表示為陰影區(qū)域60、62、64及66之額外誤差就會產(chǎn)生。
為降低量化噪聲，取樣D/A轉(zhuǎn)換器及再現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換器的位(二進(jìn)制位)分辨度就要提高。然而，此將需在數(shù)字通信系統(tǒng)的儲存或傳輸增加額外數(shù)據(jù)位，故因此增加成本。同樣的，增加取樣速度亦導(dǎo)致所需之存儲或傳輸帶寬的需要量顯著地提高，因此，希望再現(xiàn)取樣的模擬信號而不致增加數(shù)據(jù)存需求及仍可降低取樣及量化噪聲。
參照圖4，顯示本發(fā)明的D/A轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)68的最佳實(shí)施例，其在原數(shù)字樣本之間產(chǎn)生中間數(shù)字偽樣本，以降低取樣噪聲，計(jì)算該中間偽樣本的方式稱為內(nèi)插法。藉由插入數(shù)字偽樣本，本發(fā)明令有效取樣頻率及相關(guān)噪聲遠(yuǎn)超出觀察者所能檢視的。例如在一音頻再現(xiàn)系統(tǒng)中，總的取樣噪聲遠(yuǎn)超過揚(yáng)聲器的機(jī)械帶寬或人耳的聆聽能力，在本發(fā)明實(shí)施例應(yīng)用于其他型式的模擬信號，如圖象信號，亦可達(dá)到相同的優(yōu)點(diǎn)。D/A轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)68在一數(shù)據(jù)源70內(nèi)包含有中間存儲裝置，以供原模擬信號的多個數(shù)字樣本的儲存?？刂齐娐?2響應(yīng)于信號路徑74上的各取樣時(shí)鐘脈沖，從數(shù)據(jù)源70獲取數(shù)字樣本及提供樣本至第一轉(zhuǎn)換器76，后者響應(yīng)地產(chǎn)生第一模擬信號78。如前述，本發(fā)明運(yùn)用于PCM及其他數(shù)字編碼技術(shù)，在使用其他編碼技術(shù)之實(shí)施例中，控制電路72將附加解碼/擴(kuò)展編碼數(shù)字信號。
控制電路72還決定在重建模擬信號的可逆的趨向，在信號路徑80上提供可逆信號以送入一可逆計(jì)數(shù)器82，在PCM信號之例子中，此可逆決定為比較由兩連續(xù)數(shù)字信號所代表之?dāng)?shù)字值而進(jìn)行的。然而，以差分的方法，如DPCM法，其符號位可直接參考作此決定。可逆計(jì)數(shù)器82用以產(chǎn)生含有一系列固定的M位的數(shù)字步階值的中間數(shù)字偽樣本，而可逆信號則決定向上/向下步階之斜率。在各數(shù)位化取樣周期的開始，控制電路72在信號路徑84產(chǎn)生復(fù)位信號以送入可逆計(jì)數(shù)器82。一再現(xiàn)時(shí)鐘供應(yīng)在信號路徑86上，最好由控制電路72供給可逆計(jì)數(shù)器82。此信號導(dǎo)致累計(jì)在M位可逆計(jì)數(shù)器82內(nèi)之?dāng)?shù)字值對于每個再生時(shí)鐘可被遞增/遞減，在數(shù)字樣本值間產(chǎn)生一系列步階。此累計(jì)值透過一第二D/A轉(zhuǎn)換器90轉(zhuǎn)換為第二模擬信號88，第二模擬信號88由一加法器92與第一模似信號78相加產(chǎn)生一噪聲限制模似信號94。然而因第二D/A轉(zhuǎn)換器僅供應(yīng)插入值，因此，該第二D/A轉(zhuǎn)換器及可逆計(jì)數(shù)器的二進(jìn)制分辨度最好高于第一D/A轉(zhuǎn)換器76，亦即M大于N。
該內(nèi)含在可逆計(jì)數(shù)器82內(nèi)的累計(jì)值不允許無限制增增加/減少，而控制電路72監(jiān)視第一樣本值、第二樣本值及內(nèi)含在可逆計(jì)數(shù)器82的值，以限制插入在第一樣本值及第二樣本之間的步階量。在一最佳實(shí)施例中，控制電路72在內(nèi)含于可逆計(jì)數(shù)器82內(nèi)的值第一次超過兩樣本值之差時(shí)，即停止在信號路徑86上產(chǎn)生再現(xiàn)時(shí)鐘信號，在另一最佳實(shí)施例中，如下一時(shí)鐘脈沖會使可逆計(jì)數(shù)器82超過兩取樣值之差時(shí)，停止再現(xiàn)時(shí)鐘。
參照圖5A-5B，顯示使用此裝置的影響。圖5A及圖5B分別對應(yīng)于圖2A及2B，除了具有固定步階大小的中間偽樣本加在各對數(shù)字樣本之間，比較各圖面可清楚顯示使用如圖4的裝置，原模擬信號40與再現(xiàn)號48之差的取樣噪聲即適當(dāng)?shù)亟档汀?br> 參照圖6A-6C，顯示在一系統(tǒng)內(nèi)步階大小對應(yīng)于原模擬信號斜率以免除量化錯誤之影響，在圖6A中，顯示公知系統(tǒng)完成之結(jié)果。然而使用本發(fā)明的具有固定步階大小的實(shí)施例，就達(dá)到顯示在圖6B中的結(jié)果，尤其是取樣噪聲即有明顯的降低。選擇適當(dāng)步階大小的效果顯示在圖6C中，其中的步階大小降低至圖6B的一半。在圖6C中，顯示在圖面后半段部份原模擬信號的斜率較平緩的期間即令再現(xiàn)模似信號48更精確代表原模擬信號40。而與圖6B相互比較，顯示在圖6B前半段以較大步階大小的原模擬信號，其取樣噪聲較圖6C中較小步階大小的為低。因此，步階大小之選擇宜參照各別原模擬信號之標(biāo)準(zhǔn)特征予以設(shè)定。
參照圖6D，顯示另一最佳實(shí)施例的再現(xiàn)模擬信號48，倘若使用可調(diào)整步階大小取代固定步階大小，該步階大小可適于各對順序的數(shù)字樣本。因此，在圖6D中，顯示的原模擬信號的再生時(shí)鐘為以一整數(shù)值K乘以該取樣速率，步階大小最好選定在等于1/K乘以連續(xù)數(shù)字樣本間之差(在此圖中以K＝4)。因此，若S0為第一個數(shù)字樣本而S1為下一數(shù)化樣本時(shí)，以下即為介于兩樣本間連續(xù)產(chǎn)生的值S0＋(0×(S1－S0)/4)＝S0S0＋(1×(S1－S0)/4)S0＋(2×(S1－S0)/4)S0＋(3×(S1－S0)/4)S0＋(4×(S1－S0)/4)＝S1所以，該插入值將匹配在各尾端的取樣值，而插入其間的偽樣本值是一線性插入結(jié)果。
參照圖7，顯示一使用單一D/A轉(zhuǎn)換98的D/A轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)96的另一最佳實(shí)施例。在此實(shí)施例中，控制電路72響應(yīng)信號路徑74上的各取樣時(shí)鐘信號，由數(shù)據(jù)源70獲取第一個數(shù)據(jù)樣本及令第一個數(shù)據(jù)樣本供應(yīng)至一可逆計(jì)數(shù)器/鎖存器100。在此實(shí)施例中，控制電路72在信號路徑86上以一高于取樣時(shí)鐘的速率產(chǎn)生再現(xiàn)時(shí)鐘。如前述，控制電路72在信號路徑80上的可逆信號的控制下，遞增或遞減計(jì)數(shù)器/鎖存器100。然而在此實(shí)施例中，因?yàn)閮?nèi)含的數(shù)值即代表各樣本值及插入的偽樣本值的累計(jì)總和，故僅單個D/A轉(zhuǎn)換器98耦合至可逆計(jì)數(shù)器/鎖存器100的輸出端。因此，可逆計(jì)數(shù)器/鎖存器100的分辨度最好至少為單個D/A轉(zhuǎn)換器98的分辨度。如前所述，在信號路徑86上的再現(xiàn)時(shí)鐘信號在可逆計(jì)數(shù)器/鎖存器100內(nèi)的值逼近第二樣本值時(shí)即停止，以限制再現(xiàn)模擬信號不致對原模擬信號值產(chǎn)生溢出或下溢。
另一方面，圖7的實(shí)施例可以如前述圖6D的可調(diào)整步階模式操作。在此模式中，不是使可逆計(jì)數(shù)器/鎖存器100遞增固定步階值，控制電路72可計(jì)算出可調(diào)整步階大小及用數(shù)據(jù)總線向可逆計(jì)數(shù)器/鎖存器100提供數(shù)字樣本及插入的偽樣本(可調(diào)整步階)之和及信號路徑104上的閂鎖信號。
參照圖9，所示為對常用差分PCM結(jié)構(gòu)最佳化而使用于本發(fā)明的另一最佳實(shí)施例，在圖8的常用技術(shù)中，一數(shù)據(jù)源106使用共用取樣時(shí)鐘110供應(yīng)順序差分?jǐn)?shù)字樣本至差分PCM解碼器108。差分PCM解碼器108依據(jù)特定DPCM編碼技術(shù)所特有的規(guī)則拾取各個差分PCM樣本及在內(nèi)部以一累加器累計(jì)其數(shù)值，以產(chǎn)生一累計(jì)數(shù)字值，后者經(jīng)一信號路徑114耦合至D/A轉(zhuǎn)換器102。在圖9的最佳實(shí)施例中，差分PCM編碼器116為透過信號路徑118上的再生時(shí)鐘驅(qū)動，此時(shí)鐘大于號路徑110上的取樣時(shí)鐘。差分PCM解碼器116實(shí)施前述本發(fā)明的方法，即依據(jù)各個取樣周期起始期間所接收的差分PCM信號的值及符號交替地產(chǎn)生固定或可調(diào)整的步階值。
該偽取樣步階最好以高于原N位數(shù)字樣本的M位二進(jìn)制分辨度(各二進(jìn)制位代表一較小模擬信號)而產(chǎn)生。作為圖9實(shí)施例的例子，假設(shè)一含有D/A轉(zhuǎn)換器112的示范系統(tǒng)，具有8位分辨度(N＝8)。在此示范系統(tǒng)中，位于數(shù)據(jù)源106內(nèi)的各DPCM樣本為三位。例如信號路徑118上的再現(xiàn)時(shí)鐘比起信號路徑110上的取樣時(shí)鐘增加了三倍，如果當(dāng)時(shí)差分值僅一位，沒有增加分辨度，則相應(yīng)可調(diào)整步階值低于一位及因而無需再現(xiàn)。藉由增加差分PCM解碼器116的DPCM值至5位分辨度，分辨度增加了三倍，保證所有步階值可被使用，因?yàn)檫@些增加的2位代表更精確的模擬值，而偽樣本的有效數(shù)字分辨度將為10位(M＝10)。
在加累計(jì)的數(shù)字步階值至第一數(shù)字樣本之前，必須數(shù)字定標(biāo)這些值，最好以下兩種方式其中一種方式完成1)在相加之前，令數(shù)字步階值可向右移兩位，即除以4，或2)在相加之前，令數(shù)字樣本可向左兩位，即乘以4，以與字步階值的分辨度相匹配。第一項(xiàng)技術(shù)可使用8位D/A轉(zhuǎn)換器，但略掉一些由插入過程所獲得數(shù)字分辨度。而第二項(xiàng)最佳技術(shù)最好用一10位D/A轉(zhuǎn)換器保持本發(fā)明全部數(shù)字分辨度。另一方面，8位D/A轉(zhuǎn)換器根據(jù)加法運(yùn)算可耦合至8最高有效位。
前述實(shí)施例提供在相鄰取樣點(diǎn)之間的線性插入，然而可認(rèn)知的是，在相鄰取樣點(diǎn)間的正確的信號路徑實(shí)際上可為曲線，如凹陷或凸起路徑，決定是否需要更復(fù)雜路徑，亦即以一曲線取代一直線路徑，另一些實(shí)施例在偽樣本附近使用P個連續(xù)地產(chǎn)生的數(shù)字樣本(超過2)，以與原模擬信號達(dá)到更良好匹配。
此外，可認(rèn)知的是，本發(fā)明之各種實(shí)施例亦可使用于產(chǎn)生中間數(shù)字偽樣本，其可被儲存以供后續(xù)處理。因此，一旦原數(shù)字樣本進(jìn)行處理，處理過的一系列數(shù)字樣本包括數(shù)字偽樣本均可被儲存，處理過的這一系列數(shù)字樣本然后可加到D/A轉(zhuǎn)換器或其他裝置，好象它們原來以增加的取樣率產(chǎn)生。
本發(fā)明的實(shí)施例完全適合于以一傳統(tǒng)MSI數(shù)字電路實(shí)施。另一方面本發(fā)明的最佳實(shí)施例可在單一集成電路配合現(xiàn)有的再現(xiàn)電路實(shí)施或者本發(fā)明可與單一集成電路上的現(xiàn)有再現(xiàn)電路組合。
上文雖然說明最佳硬件的實(shí)施情況，然而軟件實(shí)施例亦包含在本發(fā)明范圍內(nèi)。參照圖10A，顯示了相關(guān)于DPCM系統(tǒng)的軟件流程圖。在圖10A中，累加器的輸出周期性地供應(yīng)至D/A轉(zhuǎn)換器，最好與各累加器的修正同步。然而如圖10B所示，累加器之輸出可以軟件或硬件方式連續(xù)性地供應(yīng)至D/A轉(zhuǎn)換器。達(dá)到上述方式，亦可采用如圖10C所示，運(yùn)用在插入型態(tài)下，即依序設(shè)定累加器初值、讀取第二數(shù)據(jù)、令△值等于第一與第二數(shù)據(jù)之差值，令△值右移N位、于累加未結(jié)束時(shí)，依序?qū)?shù)值加入至累加器及輸出累加器的數(shù)值至D/A轉(zhuǎn)換器。而圖10D顯示一運(yùn)用在ADPCM系統(tǒng)之流程，其與圖10C不同處僅在省略△值之取得步驟，直接讀取△值即可。上述各項(xiàng)實(shí)施方法主要以軟件完成，本發(fā)明可在一典型處理系統(tǒng)中以現(xiàn)有硬件實(shí)施。因此，此實(shí)施例將在無需增加硬件成本之下，達(dá)成降低噪聲的效果。
雖然本發(fā)明僅為參照現(xiàn)有的最佳實(shí)施例予以詳細(xì)說明，然而本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可認(rèn)知的是，不脫離本發(fā)明的各種變更仍屬本發(fā)明之范圍，故本發(fā)明由后續(xù)權(quán)利要求予以界定。
權(quán)利要求
1.一種響應(yīng)第一系列各有N元的數(shù)字樣本的設(shè)備，該設(shè)備包括用以獲取P個連續(xù)地產(chǎn)生的數(shù)字樣本的裝置；用以產(chǎn)生多個數(shù)數(shù)字偽樣本插入于各對所述連續(xù)產(chǎn)生的數(shù)字樣本的內(nèi)插裝置，而各偽樣本以M位表示；用以交錯該第一數(shù)字樣本，該產(chǎn)生的數(shù)字偽樣本及第二數(shù)字樣本以形成第二系列數(shù)字取本的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于P等于2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于M等于N。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于M大于N。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于該設(shè)備包含于單一集成電路內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于該內(nèi)插裝置在所述各對連續(xù)產(chǎn)生的數(shù)字樣本之間產(chǎn)生一系列固定數(shù)字步階。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于該系列數(shù)字樣本由數(shù)字解碼器/擴(kuò)展器所產(chǎn)生。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于還包括響應(yīng)施加的多位數(shù)字樣本，以產(chǎn)生一相應(yīng)模似信號的D/A轉(zhuǎn)換器裝置；及以再一速率Fr，順序地供應(yīng)第二系列數(shù)字樣本至該D/A轉(zhuǎn)換器裝置的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的設(shè)備，其特征在于該第一系列數(shù)字樣本代表原模擬信號，而各樣品含有N位，及在—Fs速率下，對該原模擬信號取樣所獲得。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的設(shè)備，其特征在于該再現(xiàn)速率Fr為大于Fs。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其特征在于該再生速率Fr為取樣頻率Fs的整數(shù)倍K，相關(guān)的等式為Fr＝K×Fs。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的設(shè)備，其特征在于該內(nèi)插裝置產(chǎn)生一系列K-1個數(shù)字步階，各步階具有主要為1/K倍所述各對連續(xù)產(chǎn)生的數(shù)字樣本之差的可調(diào)整振幅。
13.一種響應(yīng)一系列對應(yīng)表示原模擬信號的數(shù)字樣本的數(shù)字差值以產(chǎn)生模擬輸出信號的設(shè)備，各樣本包含N位及以一Fs速率取樣該原模擬信號所獲得，該設(shè)備包括響應(yīng)施加的多位數(shù)字樣本、用以產(chǎn)生相應(yīng)模擬信號的D/A轉(zhuǎn)換器裝置；解碼/擴(kuò)展裝置，用以產(chǎn)生多個擴(kuò)展數(shù)字值根據(jù)該差值表示該數(shù)字樣本；累加器裝置，用以從該解碼/擴(kuò)展裝置儲存第一擴(kuò)展數(shù)字值，其中該累加器的內(nèi)容耦合至該D/A轉(zhuǎn)換裝置以傳送第一擴(kuò)展數(shù)字值；提供代表該第一擴(kuò)展數(shù)字值及下一個擴(kuò)展數(shù)字值間的差值的第一數(shù)字差值的裝置；內(nèi)插裝置，用以產(chǎn)生多個數(shù)字偽樣本插入于該第一擴(kuò)展數(shù)字值及該下一個擴(kuò)展數(shù)字?jǐn)?shù)值之間，各偽樣本以M位表示；及用以以一大于Fs的再現(xiàn)速率Fr順序性累加該插入數(shù)字偽樣品至該累加器。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的設(shè)備，其特征在于該再現(xiàn)速率Fr為取樣頻率Fs的整數(shù)倍K，相關(guān)的等式為Fr＝K×Fs。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的設(shè)備，其特征在于該偽樣本的數(shù)字分辨度等于該數(shù)字差值的數(shù)字分辨度。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的設(shè)備，其特征在于該偽樣本的數(shù)字分辨度大于該數(shù)字差值的數(shù)字分辨度。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的設(shè)備，其特征在于該內(nèi)插裝置在該第一及第二擴(kuò)展數(shù)字值之間產(chǎn)生一系列固定數(shù)字步階。
18.根據(jù)權(quán)利要求13的設(shè)備，其特征在于該內(nèi)插裝置產(chǎn)生一系列K-1個數(shù)字步階，各步階具有主要為1/K倍所述數(shù)字差值的可調(diào)整振幅。
19.根據(jù)權(quán)利要求13的設(shè)備，其特征在于該累加器裝置包括可逆計(jì)數(shù)器。
20.根據(jù)權(quán)利要求13的設(shè)備，其特征在于該解碼/擴(kuò)展裝置對應(yīng)自適應(yīng)解碼方法。
21.根據(jù)權(quán)利要求13的設(shè)備，其特征在于該設(shè)備包含于單一集成。電路內(nèi)。
22.一種由原模擬信號的一系列數(shù)字樣本中再現(xiàn)模擬信號的方法，各樣本包含N位并以一速率Fs取樣，該再現(xiàn)以一大于取樣速率Fs的再現(xiàn)速率Fr產(chǎn)生，該方法包括步驟1)獲得第一數(shù)字樣本；2)設(shè)定累加器為該第一數(shù)字樣品；3)等待1/Fr的時(shí)間間隔；4)加入一固定步階值至該累加器；5)在該累加器的內(nèi)容及該步階值之和小于第二數(shù)字樣本值及在1/Fs時(shí)間間隔未結(jié)束時(shí)，重覆步驟3至4；6)為下一對數(shù)字樣本重覆步驟1至5，其中該第二數(shù)字樣本為下一對的第一數(shù)字樣本。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的設(shè)備，其特征在于該累加器的內(nèi)容周期性地供給至D/A轉(zhuǎn)換器，以產(chǎn)生模擬值。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的設(shè)備，其特征在于該累加器的內(nèi)容連續(xù)性地供給至D/A轉(zhuǎn)換器，以產(chǎn)生模擬數(shù)值。
25.根據(jù)權(quán)利要求22的設(shè)備，其特征在于該累加器包括可逆計(jì)數(shù)器。
26.根據(jù)權(quán)利要求22的設(shè)備，其特征在于該再現(xiàn)速率Fr為取樣頻率Fs的整數(shù)倍K，相關(guān)的等式為Fr＝K×Fs。
27.根據(jù)權(quán)利要求22的設(shè)備，其特征在于該固定步階大小主要為該第二數(shù)字樣本與該第一數(shù)字樣本的差值的1/K倍。
28.一種由原模擬信號的一系列數(shù)字樣本中再現(xiàn)模擬信號的方法，各樣本代表順序樣本間數(shù)字△值及以一速率Fs取樣與加入至一含有第一累加值的累加器中，該再現(xiàn)在一大于Fs的Fr速率下發(fā)生，所述方法包括步驟1)獲得一第一差值；2)決定一連串的步階值；3)等待1/Fr的時(shí)間間隔；4)加入步階值至該累加器；5)在該累加器的內(nèi)容及該步階值之和小于第一累加值與該第一差值之和時(shí)，重覆步驟3至4；6)等待1/Fr的時(shí)間間隔；及7)為下一個差值重覆步驟1至6。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其特征在于該累加器的內(nèi)容連續(xù)地供應(yīng)至D/A轉(zhuǎn)換器，以產(chǎn)生模擬值。
30.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其特征在于該累加器包括可逆計(jì)數(shù)器。
31.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其特征在于該累再生速率Fr為取樣頻率Fs之整數(shù)倍K，相關(guān)的等式為Fr＝K×Fs。
32.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其特征在于該步驟2包括使第一差值除以K，以產(chǎn)生一連串K個基本上相等步階值。
33.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其特征在于該步驟值的數(shù)字分辨度大于該差值的數(shù)字分辨度。
34.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其特征在于該步階值的數(shù)字分辨度等于該差值的數(shù)字分辨度。
35.一種響應(yīng)代表原模擬信號的一系列數(shù)字樣本以再現(xiàn)模擬輸出信號的設(shè)備，該各樣本包含N位元及以一速率Fs對原模擬信號取樣所獲得，該設(shè)備包括第一D/A轉(zhuǎn)換裝置，響應(yīng)所施加的多位數(shù)字樣本，以產(chǎn)生第一模擬信號；第一再現(xiàn)裝置，以速率Fs供應(yīng)該數(shù)字樣本至該第一D/A轉(zhuǎn)換器；第二D/A轉(zhuǎn)換裝置，響應(yīng)所施加的多位數(shù)字樣本，以產(chǎn)生第二模擬信號；獲取P個連續(xù)地產(chǎn)生的數(shù)字樣本的裝置；內(nèi)插裝置，用以產(chǎn)生多個數(shù)字偽樣本插入至所述各對連續(xù)產(chǎn)生的數(shù)字樣本，各偽樣本以M位表示；以大于Fs的再現(xiàn)速率Fr，以順序性地供應(yīng)該產(chǎn)生的數(shù)字偽樣本至該第二D/A轉(zhuǎn)換裝置的裝置；及加法裝置，用以把第一模擬信號及第二模擬信號相加，以產(chǎn)生降低了噪聲的模擬信號。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的設(shè)備，其特征在于該P(yáng)為等于2。
37.根據(jù)權(quán)利要求35的設(shè)備，其特征在于該數(shù)字樣本是對原模擬信號編碼及解碼的結(jié)果。
38.根據(jù)權(quán)利要求35的設(shè)備，其特征在于該設(shè)備為包含在單一集成電路內(nèi)。
39.根據(jù)權(quán)利要求35的設(shè)備，其特征在于該再現(xiàn)速率Fr為取樣頻率Fs之整數(shù)倍K，相關(guān)的等式為Fr＝K×Fs。
40.根據(jù)權(quán)利要求35的設(shè)備，其特征在于該M等于N。
41.根據(jù)權(quán)利要求35的設(shè)備，其特征在于該M大于N。
42.根據(jù)權(quán)利要求28的設(shè)備，其特征在于該內(nèi)插裝置在所述每對連續(xù)產(chǎn)生的數(shù)字取樣本之間產(chǎn)生一系固定數(shù)字步階。
43.根據(jù)權(quán)利要求35的設(shè)備，其特征在于該內(nèi)插裝置產(chǎn)生一系列K-1數(shù)字步階，各步階具有基本上為所述各對連續(xù)產(chǎn)生的數(shù)字樣本之差的1/K倍的可調(diào)整振幅。
44.一種D/A轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)源裝置，以一第一頻率Fs供應(yīng)原數(shù)字樣本；響應(yīng)各對連續(xù)供應(yīng)的數(shù)字樣本的裝置，以產(chǎn)生數(shù)字偽樣本；D/A轉(zhuǎn)換器；及把代表該原樣本及該偽樣本的一系列數(shù)字樣本以頻率Fr供應(yīng)至該D/A轉(zhuǎn)換器的裝置。
45.根據(jù)權(quán)利要求44的設(shè)備，其特征在于該Fr大于Fs。
46.根據(jù)權(quán)利要求44的設(shè)備，其特征在于該Fr為取樣頻率Fs之整數(shù)倍K，相關(guān)的等式為Fr＝K×Fs。
47.根據(jù)權(quán)利要求112的設(shè)備，其特征在于該運(yùn)算步驟可由移位寄存器右移一個或一個以上位而完成。
48.根據(jù)權(quán)利要求18的設(shè)備，其特征在于該運(yùn)算步驟可由移位寄存器右移一個或一個以上位而完成。
49.根據(jù)權(quán)利要求27的設(shè)備，其特征在于該運(yùn)算步驟可由移位寄存器右移一個或一個以上位而完成。
50.根據(jù)權(quán)利要求43的設(shè)備，其特征在于該運(yùn)算步驟可由移位寄存器右移一個或一個以上位而完成。
51.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其特征在于該固定步階值可隨數(shù)據(jù)值變化。
52.根據(jù)權(quán)利要求47、48、49或50的設(shè)備，其特征在于該運(yùn)算步驟可包含加法器。
53.一種由原模擬信號的連續(xù)數(shù)字樣本中再現(xiàn)模擬號的方法，包括1)予累加器起始的步驟；2)讀取第二數(shù)據(jù)的步驟；3)設(shè)定△值等于第一與第二數(shù)據(jù)差值之步驟；4)移動該△值N個位的步驟；5)一對累加器累加該數(shù)值及送出累加器數(shù)值至D/A轉(zhuǎn)換器的步驟；6)所加之總差值未達(dá)到該△值時(shí)或所加之次數(shù)未達(dá)到某額定次數(shù)時(shí)，重覆前述步驟5；7)重覆步驟2至6，以供讀取及處理下一數(shù)據(jù)。
54.一種由一原模擬信號的連續(xù)數(shù)字樣本中再現(xiàn)模擬信號的方法，包括1)予累加器起始的步驟2)讀取△值的步驟；3)移動該△值N個位的步驟；4)一對累加器累加該數(shù)值及送出累加器數(shù)值至D/A轉(zhuǎn)換器的步驟；5)所加之總差值未達(dá)到該△值時(shí)或所加之次數(shù)未達(dá)到某額定之次數(shù)時(shí)，重覆前述步驟4；6)重覆步驟2至5，以供讀取及處理下一數(shù)據(jù)。
全文摘要
改進(jìn)模擬信號品質(zhì)裝置，藉由限制數(shù)字樣本信號的取樣數(shù)量及再現(xiàn)模擬信號顯現(xiàn)的量化噪聲，此裝置為包括D/A轉(zhuǎn)換器，耦合至內(nèi)插器，以操作在再現(xiàn)速率高于原取樣頻率及操作在數(shù)字分辨度大于或等于該原數(shù)字信號進(jìn)行原數(shù)字信號處理，用以產(chǎn)生數(shù)字偽信號，處理后的數(shù)字偽信號然后以該再現(xiàn)速率送入D/A轉(zhuǎn)換器，由于再生速率增加的結(jié)果，即令取樣噪聲遠(yuǎn)離原模擬信號的頻域因此免除或減少對低通濾波器之需求，也令再現(xiàn)錯誤更為降低。
文檔編號H03M1/66GK1115523SQ9510419
公開日1996年1月24日 申請日期1995年4月28日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月28日
發(fā)明者林亞夫 申請人:林亞夫