專利名稱：傳輸裝置和再生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳輸裝置和再生裝置，在這種裝置中通過delta-sigma調(diào)制得到的一比特數(shù)字音頻信號被轉(zhuǎn)換成將要被發(fā)送的多比特音頻信號。
這種應(yīng)用已經(jīng)提出了一種系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)中模擬音頻信號以明顯高于傳統(tǒng)壓縮盤(CD)的采樣率被進行delta-sigma調(diào)制以便用來發(fā)送、記錄和再生一個一比特數(shù)字音頻信號。
上面的一比特數(shù)字音頻信號根本不同于具有44.1KHz采樣率和16個量化比特的壓縮盤所示例的多比特數(shù)字音頻信號。即，通過一比特數(shù)字信號系統(tǒng)，會實現(xiàn)一種提供更寬帶寬和動態(tài)范圍的高質(zhì)量音頻標準，其中的一比特數(shù)字信號系統(tǒng)涉及以傳統(tǒng)CD采樣頻率(fs)的64倍的采樣頻率被采樣的量化比特。這種高質(zhì)量音頻標準被稱為DSD(直接流數(shù)字)標準，并且，按照DSD標準將數(shù)據(jù)記錄其上的盤遵從被稱為超級音頻CD的標準。
通過delta-sigma調(diào)制得到的一比特數(shù)字音頻信號可以通過例如抽取濾波器的轉(zhuǎn)換器經(jīng)過欠采樣而被轉(zhuǎn)換成傳統(tǒng)的多比特數(shù)字音頻信號。在一比特數(shù)字音頻信號被輸出給傳統(tǒng)的遵從IEC958(國際電氣委員會958)的數(shù)字音頻接口之前，該信號需要通過欠采樣被轉(zhuǎn)換成傳統(tǒng)的多比特數(shù)字音頻信號。
在通過delta-sigma調(diào)制將模擬音頻信號轉(zhuǎn)換成一比特數(shù)字音頻信號的建立過程中，定義了對應(yīng)于有效輸入轉(zhuǎn)換電平的調(diào)制度。即，調(diào)制度表示所討論的一比特數(shù)字音頻信號擁有的電平信息。最大的調(diào)制度，即，由所使用的delta-sigma調(diào)制定義的輸入電平的最大可允許值，一般是根據(jù)調(diào)制器特性的最佳點來建立的。如果模擬音頻信號電平被輸入以獲得最大的調(diào)制度，電平的增加很少導(dǎo)致輸出一比特數(shù)字音頻信號的電平和失真特性突然惡化。
其間，輸入一比特數(shù)字音頻信號的調(diào)制度和輸出多比特數(shù)字音頻信號的電平以對于每個抽取濾波器來說一般是唯一的方式確定。例如，在抽取濾波器被設(shè)計為具有50％的最大調(diào)制度的情況下，當(dāng)調(diào)制度為50％的一比特數(shù)字音頻信號被輸入時，該濾波器以最大值輸出多比特數(shù)字音頻信號(即，全比特電平)。當(dāng)超過最大的調(diào)制度的一比特數(shù)字音頻信號輸入時，多比特數(shù)字音頻信號被固定保持為最大值，即，開始限幅狀態(tài)。
下面參考

圖1詳細解釋上面的過程，其中圖1給出一個傳統(tǒng)的數(shù)字信號處理裝置50。在數(shù)字信號處理裝置50中，通過輸入端51輸入的模擬音頻信號A1被傳送給一比特delta-sigma調(diào)制器52以進行delta-sigma調(diào)制變成一比特數(shù)字音頻信號D1。來自調(diào)制器52的一比特數(shù)字音頻信號D1被提供給一比特D/A轉(zhuǎn)換器53和抽取濾波器55。
圖2表示上面提到的一比特delta-sigma調(diào)制器52的典型構(gòu)成。一比特delta-sigma調(diào)制器52包括一個加法器71，一個積分器72，一個量化器73，和一個延遲電路75。加法器71相加后的輸出被傳送給積分器72。積分器72被積分后的輸出被傳送給量化器73。量化器73量化后的輸出在輸出終端74上被輸出并通過延遲電路75被反饋給加法器71，在加法器中量化的輸出被加入來自輸入端70的模擬音頻信號中。加法器71相加后的輸出被積分器72積分，在每個采樣周期，其積分輸出又被量化器73量化。經(jīng)過處理之后，由一比特數(shù)字音頻信號D1表示的一比特量化數(shù)據(jù)從輸出終端74輸出。
一比特D/A轉(zhuǎn)換器53將一比特數(shù)字音頻信號D1轉(zhuǎn)換成模擬音頻信號A0，該信號被傳送給輸出終端54。一般地，由一比特數(shù)字音頻信號組成的音頻信號被D/A轉(zhuǎn)換器如描述的那樣轉(zhuǎn)換回模擬音頻信號。
抽取濾波器55將一比特數(shù)字音頻信號D1變換成多比特數(shù)字音頻信號DM，該信號被傳送給輸出端56。抽取濾波器55將采樣頻率為64*fs的一比特數(shù)字音頻信號轉(zhuǎn)換成16比特、采樣頻率為fs、聲音質(zhì)量等價于CD的多比特數(shù)字音頻信號。一般地，抽取濾波器55具有最大調(diào)制度50％。
當(dāng)具有50％的最大調(diào)制度的抽取濾波器55組成為將一比特數(shù)字音頻信號D1通過欠采樣轉(zhuǎn)換成多比特數(shù)字音頻信號DM的轉(zhuǎn)換器一部分時，存在著問題。即，如果輸入一比特數(shù)字音頻信號D1的電平超過了最大調(diào)制度，那麼輸出多比特數(shù)字音頻信號DM被固定到限幅電平。
下面對上面簡要提到的缺陷進行詳細描述。圖3是相對來自數(shù)字信號處理裝置50中的一比特delta-sigma調(diào)制器52的一比特數(shù)字音頻信號D1的調(diào)制度(輸入信號電平)，表明一比特D/A轉(zhuǎn)換器53輸出的模擬音頻信號A0和抽取濾波器55提供的多比特數(shù)字音頻信號DM的電平的特性圖。模擬音頻信號A0的電平由虛線特性61表示，而多比特數(shù)字音頻信號DM的電平由實線特性62表示。
虛線特性61表明當(dāng)輸入信號的調(diào)制度超過50％時，模擬音頻信號A0的電平近似保持為線性。這就是所謂的軟限幅狀態(tài)，不是精確的線性，但是近似是。另一方面，如實線特性62表示的，當(dāng)調(diào)制度超過50％時，多比特數(shù)字音頻信號DM被限幅到全比特電平。當(dāng)調(diào)制度達到50％時，抽取濾波器55被設(shè)計為在圖示的全比特電平使輸出有效。這樣，調(diào)制度為50％或更高的輸入造成輸出信號如實線特性62舉例表示的那樣被限幅。
圖4是相對數(shù)字信號處理裝置50中的一比特數(shù)字音頻信號D1的調(diào)制度，表示一比特D/A轉(zhuǎn)換器53輸出的模擬音頻信號A0以及抽取濾波器55提供的多比特數(shù)字音頻信號DM的失真因子的特性圖。模擬音頻信號A0的失真因子由虛線特性63表示，而多比特數(shù)字音頻信號DM的失真因子由實線特性64表示。
虛線特性63表明，當(dāng)調(diào)制度大約為50％時，模擬音頻信號A0的失真因子為最小值。這意味著當(dāng)一比特delta-sigma調(diào)制器52在其失真因子為50％的情況下工作時，對于模擬音頻信號A0可以獲得最佳特性。另一方面，如實線特性64表明的，當(dāng)調(diào)制因子接近50％時，來自抽取濾波器55的多比特數(shù)字音頻信號DM的失真因子突然跳躍。當(dāng)調(diào)制因子接近50％時，這種現(xiàn)象可歸因于多比特數(shù)字音頻信號DM被限幅到全比特電平。
如可以從圖3和4判斷的，問題很明顯當(dāng)輸入電平超過了50％的最大調(diào)制因子的模擬音頻信號被轉(zhuǎn)換成一比特數(shù)字音頻信號時，抽取濾波器55從一比特數(shù)字音頻信號獲得的多比特數(shù)字音頻信號DM被限幅在最大值(全比特電平)并且表示出一個極度下降的失真因子，盡管對于僅通過將一比特數(shù)字音頻信號經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換而得到的模擬音頻信號A0不會是這種情況。
如所描述的，存在這樣的情況最大調(diào)制度事先被確定的抽取濾波器被用來組成通過欠采樣將一比特數(shù)字音頻信號轉(zhuǎn)換成多比特數(shù)字音頻信號的轉(zhuǎn)換器。麻煩的是當(dāng)輸入一比特數(shù)字音頻信號的電平超過最大調(diào)制度時，多比特數(shù)字音頻信號被固定在限幅電平。
一旦信號電平被抽取濾波器55限幅，這種限幅狀態(tài)不能被任何執(zhí)行多比特信號電平衰減功能的下游設(shè)備消除。此外，理論上，如期望的那樣改變一比特信號的電平是很困難的。嘗試改變一比特信號的電平的企圖將需要擴展所需的信號處理電路的尺寸。
特別的，在涉及由超級音頻CD代表的一比特數(shù)字音頻信號系統(tǒng)的應(yīng)用中，最大調(diào)制度基本上以記錄信號到盤片上的形式來定義。反映記錄方意圖的一種可能性是，盤片可以按過調(diào)制生產(chǎn)，即具有超過最大調(diào)制度的電平。當(dāng)從這種盤片上再生信號時，盤片播放器會簡單地對再生的一比特數(shù)字音頻信號進行數(shù)-模轉(zhuǎn)換以輸出模擬信號。如果盤片播放器具有動態(tài)范圍裕量足夠大的模擬電路，那麼盤片上為過調(diào)制電平的部分會以記錄過程同樣的電平播放。
當(dāng)具有預(yù)定最大調(diào)制度的抽取濾波器被用來通過欠采樣將一比特數(shù)字音頻信號轉(zhuǎn)換成被輸出到數(shù)字音頻接口的多比特音頻信號時，在再生過程中，其值為過調(diào)制電平的信號部分總是被限幅在最大電平。在這種情況下，在電平和失真因子方面，模擬和數(shù)字輸出之間存在一些差異。
因此，本發(fā)明的一個目標是解決以前技術(shù)中上述和其它的缺陷以及不足之處，并給出一種傳輸裝置和再生裝置，在這些裝置中，一比特數(shù)字音頻信號被構(gòu)成轉(zhuǎn)換器一部分的抽取濾波器通過欠采樣轉(zhuǎn)換成多比特數(shù)字音頻信號，其中超過最大調(diào)制度的一比特數(shù)字音頻信號輸入被禁止以免造成多比特數(shù)字音頻信號電平被限幅在全比特電平(最大電平)，而輸出信號的平均電平仍然被提高。
在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，并根據(jù)其中一個方面，這里提供了一種傳輸裝置包括用來以一個預(yù)定量衰減第一數(shù)字信號的衰減裝置，其中的第一數(shù)字信號以第一采樣率被采樣并且只有一個量化比特；用來將衰減裝置衰減后的第一數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成第二數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換裝置，其中的第一數(shù)字信號以第一采樣率被采樣并且只有一個量化比特，第二數(shù)字信號以低于第一采樣率的第二采樣率被采樣并且包含多個量化比特；用來檢測經(jīng)轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換的第二數(shù)字信號電平的電平檢測裝置，其中的第二數(shù)字信號以低于第一采樣率的第二采樣率被采樣并且包含多個量化比特；用來根據(jù)電平檢測裝置檢測到的電平將第二數(shù)字信號的電平放大的放大裝置，其中第二數(shù)字信號以第二采樣率被采樣并且包含多個量化比特。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，給出了一種再生裝置包括用來從記錄媒體上再生第一數(shù)字信號的再生裝置，其中的第一數(shù)字信號以第一采樣率被采樣并且只有一個量化比特；用來以一個預(yù)定量值對再生裝置再生的第一數(shù)字信號進行衰減的衰減裝置；用來將衰減裝置衰減后的第一數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成第二數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換裝置，其中第二數(shù)字信號以低于第一采樣率的第二采樣率被采樣并且包含多個量化比特；用來檢測被轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換后的第二數(shù)字信號電平的電平檢測裝置；用來根據(jù)電平檢測裝置檢測到的電平將第二數(shù)字信號的電平放大的放大裝置，其中第二數(shù)字信號以第二采樣率被采樣并且包含多個量化比特；用來將放大裝置放大后的第二數(shù)字信號傳輸?shù)膫鬏斞b置。
當(dāng)閱讀下面的描述和附圖時，本發(fā)明的其它方面，特征和優(yōu)越之處會變的更加明白。
圖1是體現(xiàn)本發(fā)明的數(shù)字信號處理裝置的方框圖；圖2是一比特delta-sigma調(diào)制器的方框圖；圖3是相對一比特數(shù)字音頻信號D1的調(diào)制度，表明模擬音頻信號A0和多比特數(shù)字音頻信號DM電平的特性圖；圖4是相對一比特數(shù)字音頻信號D1的調(diào)制度，表明模擬音頻信號A0和多比特數(shù)字音頻信號DM的失真因子的特性圖；圖5是體現(xiàn)本發(fā)明的再生裝置的方框圖；圖6是傳統(tǒng)再生裝置的方框圖；圖7包括在圖5裝置中的固定量衰減器的詳細方框圖；圖8包括在圖5裝置中的多比特轉(zhuǎn)換/抽取部分的詳細方框圖；圖9是圖5裝置中多比特轉(zhuǎn)換/抽取部分的等價電路圖；圖10是相對調(diào)制度而表示數(shù)字輸出信號電平的特性圖。
優(yōu)選實施方案詳細描述下面將參考附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方案。本發(fā)明的一個實施方案是以音頻盤片播放器1的形式實現(xiàn)的，其中的播放器示例性地引入了遵從IEC958的數(shù)字音頻接口輸出設(shè)備，并且該播放器能播放高質(zhì)量的音頻盤片。圖5中給出的音頻盤片播放器1能夠播放其上記錄有一比特數(shù)字音頻信號的光盤。這些信號中的每一個都以CD采樣率的64倍被采樣，并且有一個量化比特。一比特數(shù)字音頻信號可以通過一比特delta-sigma調(diào)制器而獲得，該調(diào)制器的構(gòu)成在圖2中給出。
音頻盤片播放器1包括用于以RF信號的形式從光盤2讀取一比特數(shù)字音頻信號光拾取器3；通過適當(dāng)?shù)靥幚肀还馐叭∑髯x出的RF信號而產(chǎn)生一比特數(shù)字音頻信號D1，同時產(chǎn)生伺服信號比為循跡和聚焦信號的再生信號處理器；用來將來自再生信號處理器4的一比特數(shù)字音頻信號D1轉(zhuǎn)換成模擬音頻信號A0的一比特D/A轉(zhuǎn)換器5；在執(zhí)行衰減的同時將來自再生信號處理器4的一比特數(shù)字音頻信號D1轉(zhuǎn)換成多比特數(shù)字音頻信號DM的轉(zhuǎn)換器7；用來檢測來自轉(zhuǎn)換器7的多比特數(shù)字音頻信號DM的電平的電平檢測部分10；用來以下面方式起控制作用的電平控制部分12轉(zhuǎn)換器7輸出的、與電平檢測部分10檢測到的電平保持一致的多比特數(shù)字音頻信號DM不會超過全比特電平；用來根據(jù)電平檢測部分10檢測到的電平控制電平控制部分12的系統(tǒng)控制器11；用來將來自電平控制部分12的多比特數(shù)字音頻信號加載到遵從IEC958的數(shù)字音頻接口輸出的音頻數(shù)據(jù)域的數(shù)字接口部分13。數(shù)字接口部分13的數(shù)字音頻接口輸出通過數(shù)字輸出端14起作用?；蛘?，數(shù)字音頻接口輸出可以被提供給消除高頻部分的下游濾波器裝置。
轉(zhuǎn)換器7包括一個固定量衰減器8和一個多比特轉(zhuǎn)換/抽取部分9。利用這些組件，在將采樣頻率從64*fs降低到fs的過程中，轉(zhuǎn)換器7將一比特數(shù)字音頻信號D1轉(zhuǎn)換成多比特數(shù)字音頻信號DM并執(zhí)行固定量衰減處理。
使音頻盤片播放器1不同于傳統(tǒng)音頻盤片播放器的地方在于前者包括轉(zhuǎn)換器7和電平控制部分12。轉(zhuǎn)換器7在將一比特數(shù)字音頻信號D1轉(zhuǎn)換成多比特數(shù)字音頻信號DM的中途執(zhí)行固定量衰減處理，而電平控制部分12以下面方式起控制作用從轉(zhuǎn)換器7通過衰減獲得的多比特數(shù)字音頻信號將不會超過全比特電平。
在傳統(tǒng)的音頻盤片播放器中，通過具有預(yù)定最大調(diào)制度的抽取濾波器以欠采樣的方式，一比特數(shù)字音頻信號被轉(zhuǎn)換成多比特數(shù)字音頻信號，然后轉(zhuǎn)換后的多比特音頻信號被輸出到數(shù)字音頻接口。在處理過程中，處于過調(diào)制電平的信號部分總是被箱制到最大值以用于信號輸出。在電平和失真因子方面，這在從一比特數(shù)字音頻信號的D/A轉(zhuǎn)換中得到的模擬音頻信號和多比特數(shù)字音頻信號之間帶來了差異。
圖6給出具有上面簡略提到的不足之處的傳統(tǒng)音頻盤片播放器15的典型構(gòu)成。
在傳統(tǒng)音頻盤片播放器15中，轉(zhuǎn)換器16將來自再生信號處理器4的一比特數(shù)字音頻信號D1轉(zhuǎn)換成多比特數(shù)字音頻信號DM。具體的，轉(zhuǎn)換器16是一種叫做抽取濾波器的電路，該電路以幾個步驟將輸入一比特數(shù)字音頻信號轉(zhuǎn)換成多比特信號，同時通過用于欠采樣的抽取計算將采樣頻率降低到“fs”。在多比特數(shù)字音頻信號DM得到之前，轉(zhuǎn)換器16不會進行衰減工作。電平不受適當(dāng)設(shè)備如圖5中的電平控制部分12控制的多比特數(shù)字音頻信號DM被不加修正地提供給數(shù)字接口部分13。
在上面的傳統(tǒng)構(gòu)成中，任何超過轉(zhuǎn)換器16的預(yù)定最大調(diào)制度的輸入必定會使得數(shù)字輸出終端14上的電平被限幅。
在圖5中本發(fā)明的音頻盤片播放器1中，通過比較，轉(zhuǎn)換器7具有安裝在多比特轉(zhuǎn)換/抽取部分9上游的固定量衰減器8。來自轉(zhuǎn)換器7的多比特數(shù)字音頻信號通過電平控制部分12被輸入到數(shù)字接口部分13。多比特數(shù)字音頻信號也被傳送到電平控制部分10。電平控制部分10的處理結(jié)果被系統(tǒng)控制器11讀出，該控制器據(jù)此控制電平控制部分12的電平控制過程。
在圖5中的音頻盤片播放器中，在具有預(yù)定最大調(diào)制度的多比特轉(zhuǎn)換/抽取部分9中的多比特數(shù)據(jù)潛在溢出(即，限幅狀態(tài))之前，固定量衰減器8以預(yù)定的電平衰減多比特數(shù)據(jù)。任何超過最大調(diào)制度的輸入因此被禁止以免進入限幅狀態(tài)。電平控制部分12對衰減量進行補償以便保持平均電平。象這樣，電平控制部分12能夠抬高多比特信號狀態(tài)中的信號電平。
下面將參考圖7和8描述轉(zhuǎn)換器7的一個具體例子。圖7給出固定量衰減器8的關(guān)鍵部分，圖8說明了多比特轉(zhuǎn)換/抽取部分9的關(guān)鍵部分。
固定量衰減器8包括無聲模板產(chǎn)生器18和一個一比特加法器26。無聲模板產(chǎn)生器18產(chǎn)生一個無聲信號例如從delta-sigma調(diào)制器得到的一比特數(shù)字音頻信號并具有50的占空因子。一比特加法器26將來自無聲模板產(chǎn)生器18的無聲信號與從輸入端17提供的一比特數(shù)字音頻信號D1相加。無聲模板是一種固定模板，其中，在預(yù)定的周期內(nèi)，表現(xiàn)為采樣率為fs的64倍的一比特信號數(shù)據(jù)的二進制0和二進制1的比例為1比1。當(dāng)被進行D/A轉(zhuǎn)換時，無聲模板對應(yīng)于模擬信號的零電平。
在終端21和22下游的構(gòu)成部分幾乎與前面圖8中多比特轉(zhuǎn)換/抽取部分9相同。當(dāng)圖8中的轉(zhuǎn)換開關(guān)25被連接到所選出的下面的終端時，加法器26將來自端21的一比特數(shù)字音頻信號D1與來自端22的無聲信號相加。這種設(shè)置被稱作雙輸入裝置。
另一方面，如果圖8中的轉(zhuǎn)換開關(guān)25被連接到所選出的上面的端子，加法器26將來自端21的兩個一比特數(shù)字音頻信號D1相加。這種設(shè)置被稱作單輸入裝置。圖9給出該裝置中固定量衰減器8的等價電路。
假設(shè)來自轉(zhuǎn)換器7的一比特數(shù)字音頻信號由來自圖9所示的兩個端21的信號組成。一比特加法器26的加法器輸出信號Ds表示為A+B。因為兩個相同的一比特數(shù)字音頻信號輸入D1被連接到一比特加法器26，加法器輸出信號Ds實際上為A+A，即，2A。
現(xiàn)在假設(shè)無聲模板產(chǎn)生器18被連接到輸入B(終端22)，如圖7所示。在圖7中加法器輸出Ds為A+B，輸入B組成無聲模板(B＝0)。這樣輸出變?yōu)锳+0，即A。與來自圖9中裝置的輸出2A相反，圖7中的裝置給出輸出A。即，輸出電平被減半，這意味著被6dB的固定量衰減。這種方法被設(shè)計為通過在一比特信號到多比特信號的轉(zhuǎn)換過程的早期階段中引入無聲模板，來給出固定量衰減。這種衰減等價于信號在下游的多比特轉(zhuǎn)換/抽取部分9中被限幅之前降低該信號的電平。
在圖8中，激勵轉(zhuǎn)換開關(guān)25以便在雙輸入裝置和單輸入裝置之間切換的轉(zhuǎn)換開關(guān)控制信號來自控制信號終端23?；蛘撸D(zhuǎn)換開關(guān)控制信號可以由用戶手工產(chǎn)生或者可以由系統(tǒng)控制器11自動創(chuàng)建。
圖8中多比特轉(zhuǎn)換/抽取部分9的剩余部分將被描述。來自一比特加法器26的兩比特加法器輸出信號Ds被傳送給格式化部分27。格式化部分27將三個兩比特值，例如表示1+1的“10”，表示1+0或0+1的“01”，表示0+0的“00”替換成三個四比特偏移量二進制值。例如，兩比特值“10”，“01”，“00”分別被轉(zhuǎn)換成“1100”(+4)，“1000”(0)和“0100”(-4)。
來自格式化部分27的四比特數(shù)據(jù)被傳送到轉(zhuǎn)換開關(guān)28。轉(zhuǎn)換開關(guān)28為偏移二進制轉(zhuǎn)換器29提供來自輸入終端24的采樣率為64*fs，并包括4個量化比特的輸入，或者提供來自格式化部分27的采樣率為64*fs，并包括4個量化比特的輸入。
偏移量二進制轉(zhuǎn)換器29將來自轉(zhuǎn)換開關(guān)28的采樣率為64*fs，包括4個量化比特的偏移量二進制值轉(zhuǎn)化成2的補碼。具體的，值“1100”，“1000”和“0100”被分別轉(zhuǎn)換為“0100”，“0000”和“1100”。偏移量二進制轉(zhuǎn)換器29的轉(zhuǎn)換后的輸出保持采樣率為64*fs，包括4個量化比特的數(shù)據(jù)，其輸出被傳送給運動平均濾波器30。
運動平均濾波器30將所接收數(shù)據(jù)的采樣率降低到初始采樣率的1/8并將字長增加到19比特。具有19個量化比特且采樣率為8*fs的濾波器30的輸出被傳送到增益設(shè)置部分31，在此增益被設(shè)置。
增益設(shè)置部分31作為溢出限制器來工作，在該部分對圖3中特性62的限制被定義。采樣率為8*fs且量化比特數(shù)為20的增益設(shè)置部分31的輸出被提供給FIR(1)32。
FIR(1)32使得采樣率為8*fs且量化比特數(shù)為20的增益設(shè)置部分31的輸出進行欠采樣和抽取，這樣可以得到采樣率為4*fs且量化比特數(shù)為21的輸出。
經(jīng)過FIR(2)33和FIR(3)34，前送的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換成在終端35上的采樣頻率為fs量化比特數(shù)為21或24的數(shù)據(jù)。
盡管固定量衰減處理在轉(zhuǎn)換器7的輸入階段實現(xiàn)，這不是本發(fā)明的限制之處?；蛘?，固定量衰減可以在一比特數(shù)字音頻信號到多比特數(shù)字音頻信號的轉(zhuǎn)換過程中間被執(zhí)行，具體地，在增益設(shè)置部分31上游的方塊中執(zhí)行。
下面將詳細描述電平控制部分12是怎樣工作的。圖10表示了可應(yīng)用于電平控制部分12的控制特性。如果多比特轉(zhuǎn)換/抽取部分9的預(yù)定最大調(diào)制度為50％，那麼當(dāng)輸入信號電平達到50％的調(diào)制度時，來自圖6的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的多比特輸出的特性41達到全比特電平。對于輸入的任何進一步增加，輸出信號保持限幅在全比特電平。當(dāng)6dB的固定量衰減如上面描述的那樣通過固定量衰減器8實現(xiàn)時，對于50％的調(diào)制度，特性42在該點的值低于全比特電平6dB。理論上，當(dāng)電平輸入具有100％的調(diào)制度時，可以達到全比特電平。即，不管輸入在任何電平上，輸出永遠也不會限幅在全比特電平，并且輸入和輸出特性保持線性。然而，當(dāng)調(diào)制度小于50％時，輸出電平總是低于原始特性416dB。
考慮了固定衰減量和輸入調(diào)制度后，上述潛在的問題由以電平控制部分12抬高特性43表示的電平解決。例如，如果輸入的調(diào)制度最多為71％，那麼電平控制部分將增益增加3dB。在輸入的最大調(diào)制度已知或者預(yù)先預(yù)測到時，這種將電平抬高一個固定增益量的做法防止了輸出進入限幅狀態(tài)。然而，平均電平趨向于低于正常值。在這種情況下，可以引入測量裝置來測量輸入到轉(zhuǎn)換器7的一比特數(shù)字音頻信號D1的調(diào)制度。測量裝置得到的測量值可以輸入到系統(tǒng)控制器11。
如果輸入的最大調(diào)制度是不可預(yù)測的，電平檢測部分10首先檢測到電平。根據(jù)來自電平檢測部分10的檢測到的電平，系統(tǒng)控制器11使得電平控制部分12動態(tài)改變增益。這構(gòu)成一種自動增益調(diào)整裝置，由此特性43的曲線在預(yù)定范圍44內(nèi)隨時間變化以避免限幅狀態(tài)。
還有一種可能是構(gòu)成一種限制器裝置，由此電平控制部分12的電平增益如特性45表示的那樣靜態(tài)變化以便形成電平壓縮曲線。壓縮開始于低于預(yù)定最大調(diào)制度的電平并且失真因子逐漸變壞。然而，由于具有特性45的裝置，平均電平保持與傳統(tǒng)設(shè)置一樣，并且這種壓縮在一定程度上避免了限幅狀態(tài)。
如所描述的，在固定量衰減之后如何抬高信號電平可以用取決于電平控制部分10、系統(tǒng)控制器11和電平控制部分12以及控制系統(tǒng)的選擇和組合的結(jié)構(gòu)的多種方法中的任何一種來確定。
本發(fā)明的目標因此在于通過在轉(zhuǎn)換的上游向多比特信號實現(xiàn)固定量衰減來避免限幅電平狀態(tài)，同時在位于下游的電平控制部分的控制之下抬高平均電平。
即，當(dāng)從delta-sigma調(diào)制獲得的高采樣率的一比特數(shù)字音頻信號被轉(zhuǎn)換成低采樣率的多比特數(shù)字音頻信號時，在多比特數(shù)據(jù)溢出之前，信號電平被衰減。在后面的階段，多比特數(shù)據(jù)的電平在多比特狀態(tài)中變化使得輸出電平不會超過一個預(yù)定值。即使一比特數(shù)據(jù)的輸入超過了轉(zhuǎn)換裝置的預(yù)定最大調(diào)制度，這也預(yù)防了多比特數(shù)據(jù)的輸出被限幅到一個最大值。
作為結(jié)果，在電平和失真因子方面，通過對delta-sigma調(diào)制之后的一比特信號進行D/A轉(zhuǎn)換而得到的模擬輸出和多比特數(shù)字輸出之間不存在任何差異。
盡管圖5中的音頻盤片播放器1已經(jīng)被表示為本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案，這并不是本發(fā)明的限制之處。本發(fā)明可以另外應(yīng)用于其它的包括數(shù)字信號處理裝置的設(shè)備和裝置，其中的數(shù)字信號處理裝置至少包括圖5的轉(zhuǎn)換器7和電平控制部分12。
這種數(shù)字信號處理裝置接收經(jīng)delta-sigma調(diào)制的一比特數(shù)字音頻信號并將該信號轉(zhuǎn)換成多比特數(shù)字音頻信號以便輸出。
本發(fā)明還可以應(yīng)用于包括兩個記錄系統(tǒng)的數(shù)字信號處理裝置一個系統(tǒng)允許經(jīng)delta-sigma調(diào)制得到的一比特數(shù)字音頻信號不加修正地寫入記錄媒體如光盤的預(yù)定區(qū)域，另一個系統(tǒng)在將轉(zhuǎn)換后的信號寫入媒體中另一個適當(dāng)區(qū)域之前，將一比特數(shù)字音頻信號轉(zhuǎn)換成多比特數(shù)字音頻信號。在電平和失真因子方面，該數(shù)字信號處理裝置在兩個系統(tǒng)記錄的兩個數(shù)字信號之間不造成任何差異。
如根據(jù)本發(fā)明所描述的，具有預(yù)定最大調(diào)制度的抽取濾波器被用來構(gòu)成用來通過欠采樣將一比特數(shù)字音頻信號轉(zhuǎn)換成多比特數(shù)字音頻信號的轉(zhuǎn)換器。當(dāng)一比特信號的輸入超過轉(zhuǎn)換器特定的最大調(diào)制度時，適當(dāng)?shù)难b置被啟動以防止多比特數(shù)字音頻信號被限幅到全比特電平(最大值)，同時促使輸出的平均電平提高。
由于在不偏離本發(fā)明思想和范圍的前提下，可以得到本發(fā)明很多明顯不同的實施方案，要理解的是，除了后面的權(quán)利要求所定義的，本發(fā)明并不局限于特定的實施方案。
權(quán)利要求
1.一種傳輸裝置包括用來以一個預(yù)定量衰減第一數(shù)字信號的衰減裝置，其中的第一數(shù)字信號以第一采樣率被采樣并且只有一個量化比特；用來將經(jīng)所述衰減裝置衰減后的所述第一數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成第二數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換裝置，其中的第一數(shù)字信號以所述第一采樣率被采樣并且只有一個量化比特，第二數(shù)字信號以低于所述第一采樣率的第二采樣率被采樣并且包含多個量化比特；用來檢測經(jīng)所述轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換的所述第二數(shù)字信號電平的電平檢測裝置，其中的第二數(shù)字信號以低于所述第一采樣率的所述第二采樣率被采樣并且包含多個量化比特；用來根據(jù)被所述電平檢測裝置檢測到的電平將所述第二數(shù)字信號的電平放大的放大裝置，其中第二數(shù)字信號以所述第二采樣率被采樣并且包含多個量化比特。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的傳輸裝置，其中所述的衰減裝置包括用來產(chǎn)生無聲信號的無聲信號產(chǎn)生裝置，其中的信號以所述的第一采樣率被采樣并且包含一個量化比特；并且用來將所述第一數(shù)字信號與所述無聲信號產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的所述無聲信號相加的相加裝置，其中的第一數(shù)字信號和無聲信號都以所述的第一采樣率被采樣并且都包含一個量化比特；
3.根據(jù)權(quán)利要求1的傳輸裝置，其中所述的轉(zhuǎn)換裝置有一個取決于輸入的所述第一數(shù)字信號的調(diào)制度的飽和輸出電平。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的傳輸裝置，還包括調(diào)制度測量裝置，用來測量被輸入的所述第一數(shù)字信號的調(diào)制度；以及用來根據(jù)由所述的調(diào)制度測量裝置測量得到的所述第一數(shù)字信號的調(diào)制度為所述放大裝置確定一個控制電平，并使該電平與所述電平檢測裝置檢測到的電平保持一致的控制裝置。
5.一種再生裝置包括用來從記錄媒體上再生第一數(shù)字信號的再生裝置，其中的第一數(shù)字信號以第一采樣率被采樣并且只有一個量化比特；用來以一個預(yù)定量值對所述再生裝置再生的所述第一數(shù)字信號進行衰減的衰減裝置；用來將所述衰減裝置衰減后的所述第一數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成第二數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換裝置，其中第二數(shù)字信號以低于所述第一采樣率的第二采樣率被采樣并且包含多個量化比特；用來檢測被所述轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換后的所述第二數(shù)字信號電平的電平檢測裝置；用來根據(jù)被所述電平檢測裝置檢測到的電平將所述第二數(shù)字信號的電平放大的放大裝置，其中第二數(shù)字信號以所述第二采樣率被采樣并且包含多個量化比特；用來將所述放大裝置放大后的所述第二數(shù)字信號發(fā)送的發(fā)送裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的再生裝置，其中所述的衰減裝置包括用來產(chǎn)生無聲信號的無聲信號產(chǎn)生裝置，其中的信號以所述的第一采樣率被采樣并且包含一個量化比特；并且用來將所述第一數(shù)字信號與所述無聲信號產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的所述無聲信號相加的相加裝置，其中的第一數(shù)字信號和無聲信號都以所述的第一采樣率被采樣并且都包含一個量化比特；
7.根據(jù)權(quán)利要求5的再生裝置，其中所述的轉(zhuǎn)換裝置有一個取決于輸入的所述第一數(shù)字信號的調(diào)制度的飽和輸出電平。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的再生裝置，還包括調(diào)制度測量裝置，用來測量被輸入的所述第一數(shù)字信號的調(diào)制度；以及用來根據(jù)由所述的調(diào)制度測量裝置測量得到的所述第一數(shù)字信號的調(diào)制度為所述放大裝置確定一個控制電平，并使該電平與所述電平檢測裝置檢測到的電平保持已知的控制裝置。
全文摘要
一種傳輸裝置和再生裝置包括一個轉(zhuǎn)換器用來將輸入一比特數(shù)字音頻信號轉(zhuǎn)換成多比特信號,同時降低采樣頻率。能夠?qū)е氯Q于其調(diào)制度的溢出(限幅)的一比特數(shù)字信號在轉(zhuǎn)換器輸入的開始階段被衰減,并在轉(zhuǎn)換器的后面階段被放大以避免兩個階段之間的限幅狀態(tài)。
文檔編號H03M3/02GK1258069SQ9912356
公開日2000年6月28日 申請日期1999年11月8日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月6日
發(fā)明者關(guān)井康彰 申請人:索尼公司