專(zhuān)利名稱：用于混合過(guò)采樣數(shù)字音頻信號(hào)的混合系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于混合多個(gè)具有一個(gè)預(yù)定采樣頻率和位分辨率的噪聲整形過(guò)采樣數(shù)字音頻信號(hào)的一個(gè)混合系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括一個(gè)具有多個(gè)輸入終端的加法單元，每一個(gè)輸入終端用于分別接收所述多個(gè)音頻信號(hào)中的一個(gè)，該加法單元用于計(jì)算所述多個(gè)輸入信號(hào)的一個(gè)和信號(hào)，以及一個(gè)具有一個(gè)用于接收所述和信號(hào)的輸入的限幅單元，所述限幅單元對(duì)所述和信號(hào)進(jìn)行限幅。
美國(guó)專(zhuān)利第5581480號(hào)公開(kāi)了一個(gè)混頻器，該混頻器對(duì)多個(gè)所采樣的音頻信號(hào)求和。使用公知的脈碼調(diào)制技術(shù)(PCM)表示所述采樣，其中以多位(例如8-16位)碼字表示信號(hào)的幅值。在該技術(shù)中，所使用的采樣頻率，其至少是根據(jù)尼奎斯特定理而定的最小采樣頻率，眾所周知，是信號(hào)帶寬的至少兩倍。
在這個(gè)公布中所公開(kāi)的混頻器，具有一個(gè)用于將所混合的信號(hào)保持在一定的值的范圍之內(nèi)的限幅器，所述值以與輸入信號(hào)相同的分辨率(通常為8或16位分辨率)來(lái)表示。如果所述和超出了最大值，例如通過(guò)8或16位表示的最大值，則上述的限幅器將兩個(gè)音頻采樣的和減少到一個(gè)較小的值。
雖然8或16位PCM信號(hào)是表示音頻信號(hào)的一個(gè)有效方法，但是由于它們的碼字較長(zhǎng)，所以它們具有某些缺點(diǎn)。作為另外一種選擇，有人建議使用“噪聲整形過(guò)采樣”音頻信號(hào)來(lái)代替具有上述較長(zhǎng)碼字的PCM信號(hào)。噪聲整形過(guò)采樣音頻信號(hào)在采樣頻率大大超過(guò)音頻信號(hào)的尼奎斯特頻率的情況下，每個(gè)采樣包含一個(gè)或多個(gè)位。上述信號(hào)的基本概念是通過(guò)這樣的一種方法來(lái)表示信號(hào)，該方法中，作為利用少量的位而產(chǎn)生的結(jié)果的大的量化誤差的頻譜密度，由于高的采樣頻率，實(shí)質(zhì)上至少集中在額外的可用帶寬中的音頻帶寬之外。
作為一個(gè)實(shí)例，在通常所說(shuō)的標(biāo)準(zhǔn)DSD(直接流數(shù)字)信號(hào)的格式中，音頻內(nèi)容以具有2.8MHz的采樣率的1位采樣流進(jìn)行存儲(chǔ)。作為另外一種選擇，可以使用諸如每個(gè)采樣2位的一種較高的分辨率。
由于在從采樣中重建一聲頻片斷中可使用多個(gè)采樣以提高信號(hào)分辨率，因此，上述噪聲整形過(guò)采樣采樣流提供一個(gè)使用具有低聲頻噪聲的相對(duì)低位分辨率的可能。此外，很明顯，與傳統(tǒng)的PCM唱片技術(shù)相比，人類(lèi)聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)更欣賞該唱片技術(shù)，即使該采樣流可以具有一個(gè)很小，甚至1位的分辨率。
將上述噪聲整形過(guò)采樣信號(hào)，通過(guò)產(chǎn)生具有相同采樣頻率的經(jīng)過(guò)混合的信號(hào)的方式進(jìn)行混合是最好不過(guò)的。因此，能夠?qū)⒁粋€(gè)混頻器合并至一個(gè)系統(tǒng)中，該系統(tǒng)中，噪聲整形過(guò)采樣信號(hào)在多個(gè)系統(tǒng)組件之間進(jìn)行通信。
然而，當(dāng)混合上述噪聲整形過(guò)采樣音頻信號(hào)時(shí)，如果使用了諸如美國(guó)專(zhuān)利第5581480號(hào)公開(kāi)的限幅方法，所混合的信號(hào)將會(huì)嚴(yán)重失真，所述限幅方法在所述和超過(guò)最大值的條件下，將所混合的信號(hào)減小至一個(gè)較小的值。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一個(gè)混合噪聲整形過(guò)采樣信號(hào)的混合系統(tǒng)，以便產(chǎn)生一個(gè)失真較小的噪聲整形過(guò)采樣輸出信號(hào)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明，在導(dǎo)言中描述的混合系統(tǒng)包括在輸入終端和限幅單元之間的一個(gè)濾波器單元，該單元被設(shè)置成有選擇性地抑制輸入信號(hào)和/或和信號(hào)中的音頻頻帶之外的頻率成分；以及一個(gè)變頻器單元，該單元被設(shè)置成接收來(lái)自限幅單元的一個(gè)經(jīng)過(guò)限幅的和信號(hào)，并使用噪聲整形，將所述經(jīng)過(guò)限幅的和信號(hào)轉(zhuǎn)換為所述位分辨率的輸出信號(hào)，該限幅單元被設(shè)置成將該輸入值限定在變頻器能夠以一種穩(wěn)定的模式處理的值的范圍之內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明，該變頻器通過(guò)噪聲整形將所混合的信號(hào)轉(zhuǎn)換回低分辨率。該限幅單元將輸入至變頻器的輸入值限定在所述變頻器能夠處理的范圍之內(nèi)。與美國(guó)專(zhuān)利第5581480號(hào)的限幅單元相對(duì)比，美國(guó)專(zhuān)利第5581480號(hào)的限幅單元的功能在于使信號(hào)幅值保持在可通過(guò)特定的PCM位字表示的所需范圍之內(nèi)，并且因此執(zhí)行實(shí)際轉(zhuǎn)換功能。后一種范圍比變頻器能夠處理的范圍窄得多。
然而，通過(guò)應(yīng)用限幅操作，引入了非線性效果。所述限幅功能的非線性效果具有將來(lái)自輸入信號(hào)的量化噪聲從上述音頻頻帶返送至音頻頻譜的效果。在低分辨率信號(hào)中，該量化噪聲相對(duì)較強(qiáng)。根據(jù)本發(fā)明的該混合系統(tǒng)，在進(jìn)行限幅之前抑制來(lái)自信號(hào)的高頻成分，以便減少由所述限幅操作的非線性特性所導(dǎo)致的返送。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述濾波器單元包括在一個(gè)輸入聲道中，且為了限定上述輸入信號(hào)的音頻帶寬，該濾波器單元對(duì)上述輸入信號(hào)進(jìn)行濾波。上述位置具有帶寬的減小緩和對(duì)數(shù)字處理速度的需要的優(yōu)點(diǎn)。最好所述第一和第二采樣頻率在幅值上是相等的；更準(zhǔn)確地說(shuō)，所述輸入信號(hào)和/或所述輸出信號(hào)都是上述DSD格式。
在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，上述變頻器單元包括一個(gè)西格馬-德?tīng)査{(diào)制器。此外，所限幅的信號(hào)可以最大化至一個(gè)服從上述西格馬-德?tīng)査{(diào)制器的限幅水平。特別是，與該西格馬-德?tīng)査{(diào)制器的幅值輸出相比，上述信號(hào)輸出可以最大化至-3dB。
所述輸入聲道可以包括一個(gè)用于向下采樣所述輸入信號(hào)的向下采樣單元。上述向下采樣單元具有帶寬的減小緩和對(duì)數(shù)字處理速度的需要的優(yōu)點(diǎn)。
為了輸出一個(gè)具有所需第二采樣頻率的輸出信號(hào)，所述變頻器單元可以包括一個(gè)向上采樣單元。
為了得到令人愉悅的心理聲學(xué)性能，所述限幅單元可以是一個(gè)軟限幅類(lèi)型。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及混合多個(gè)音頻輸入信號(hào)的方法，所述多個(gè)音頻輸入信號(hào)具有一個(gè)第一預(yù)定采樣頻率和位分辨率，所述采樣頻率相對(duì)高于音頻帶寬，且所述位分辨率相對(duì)低，該方法包括以下步驟，分別接收所述多個(gè)音頻信號(hào)中的一個(gè)，計(jì)算所述多個(gè)輸入信號(hào)的一個(gè)和信號(hào)，有選擇地抑制輸入信號(hào)和/或和信號(hào)中的音頻頻帶之外的頻率成分，對(duì)所述和信號(hào)進(jìn)行限幅，以及將所限幅的和信號(hào)轉(zhuǎn)換為所述位分辨率的輸出信號(hào)，使用噪聲整形，所述限幅單元被設(shè)置成將輸入的值限定在變頻器能夠以一種穩(wěn)定的模式處理的值的范圍之內(nèi)。
該方法可以進(jìn)一步包括限定所述輸入信號(hào)的音頻帶寬的步驟。
本發(fā)明還涉及一個(gè)音頻系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括根據(jù)上述方面的用于混合多個(gè)具有一個(gè)預(yù)定采樣頻率和位分辨率的噪聲整形過(guò)采樣數(shù)字音頻信號(hào)的一個(gè)混合系統(tǒng)。
本發(fā)明進(jìn)一步的目的和特征，將在附圖中變得清晰，其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明，具有一個(gè)混合系統(tǒng)的音頻系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明，所述混頻器的實(shí)施例的簡(jiǎn)在圖1中，描述了一個(gè)音頻播放系統(tǒng)1的普通設(shè)置，該系統(tǒng)能夠使用包含在超音頻CD2的多聲道唱片中的音頻信息，該超音頻CD2最好是用于輸出聲道少于所記錄的聲道的音頻設(shè)置。作為一個(gè)實(shí)例，附圖2中輸入聲道3的數(shù)目為5，輸出聲道4的數(shù)目為2。為了這個(gè)目的，音頻系統(tǒng)1包括一個(gè)用于混合具有一個(gè)預(yù)定采樣頻率和位分辨率的所述多個(gè)噪聲整形過(guò)采樣數(shù)字音頻信號(hào)6的混頻器5。上述噪聲整形過(guò)采樣信號(hào)6的一個(gè)實(shí)例是DSD信號(hào)格式，該格式以具有2.8MHz(很高的)采樣率的1位采樣流存儲(chǔ)信號(hào)內(nèi)容，從而與傳統(tǒng)的以多位碼字存儲(chǔ)信號(hào)的唱片技術(shù)(通常所說(shuō)的PCM或脈碼調(diào)制)形成對(duì)比。該格式能夠提供極好的音頻質(zhì)量，并對(duì)常規(guī)CD記錄載體的后繼者超音頻光盤(pán)(SACD)形成標(biāo)準(zhǔn)。
雖然在本說(shuō)明書(shū)中，使用了一個(gè)由1位采樣構(gòu)成的采樣流，但是所述采樣流實(shí)際上可以通過(guò)大于1位的采樣來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明適用于為了消除量化噪聲影響而應(yīng)用過(guò)采樣的所有情況，所述量化噪聲影響，是由于在采樣流中使用的各位的位分辨率受限而產(chǎn)生的。在混合之后，圖1的設(shè)置在所需采樣頻率和位分辨率提供輸出信號(hào)7，因此，產(chǎn)生提供一模塊信號(hào)處理系統(tǒng)的可能性，該系統(tǒng)包括被設(shè)置成提供成本效率和/或質(zhì)量的所需折衷的處理模塊8。
在圖2中，混頻器5包括多個(gè)輸入聲道3。在該實(shí)例中，每一個(gè)聲道3包括一個(gè)向下采樣單元9。通過(guò)減小輸入信號(hào)6的采樣率，所述輸入聲道3中表示的信號(hào)處理器10可執(zhí)行更節(jié)省成本的信號(hào)處理。
在信號(hào)處理之后，信號(hào)6在換算階段11與換算系數(shù)C1-CN加權(quán)。然后，將信號(hào)6加至加法單元12，以產(chǎn)生一個(gè)混合信號(hào)13。在相加之后，一個(gè)限幅單元14對(duì)所混合的信號(hào)7進(jìn)行限幅，以將所述混合信號(hào)13限定在最大信號(hào)幅值。
由于所述限幅單元14，在信號(hào)處理中引入了非線性效果，該非線性效果等于倍頻和混合。因此，涉及量化噪聲的頻率成分被映射返送至所述音頻頻譜，所述量化噪聲在很高頻帶中表現(xiàn)的十分強(qiáng)烈。為了消除上述高頻噪聲的返送，在限幅器14之前引入了濾波器單元15。這個(gè)濾波器15能夠消除包括在源自上述位分辨率的上述(混合)信號(hào)6和13中的頻率成分。
濾波器15可以放置在限幅器之前的任何地方，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻量化噪聲的所需濾波。作為一個(gè)實(shí)例，在附圖1中未示出，原則上，濾波器15可以放置在混頻器5之后。然而，濾波器15的優(yōu)選位置，是如同在附圖1中所示出的，與具有向下采樣單元9的濾波器相結(jié)合。在這個(gè)位置，可通過(guò)減少?gòu)?fù)制的音頻帶頻譜，執(zhí)行更節(jié)省成本的信號(hào)處理。當(dāng)充分減小時(shí)，該采樣頻率也可以減小，而同時(shí)保持一個(gè)可接受的信號(hào)分辨率。
這樣，消除高頻量化噪聲并減小所復(fù)制的音頻頻譜的功能可以結(jié)合在一個(gè)單獨(dú)的濾波器級(jí)15中。
由于不同的信號(hào)處理步驟，信號(hào)6的換算和相加，因而加法單元5的輸出是多位的。為了將信號(hào)6轉(zhuǎn)換為輸出信號(hào)7的所需格式，向上采樣單元16和變頻器17，最好是引入一個(gè)西格馬-德?tīng)査{(diào)制器。上述變頻器17實(shí)質(zhì)上是一個(gè)微分器，僅僅以1位值輸出信號(hào)13的增量。向上采樣可通過(guò)多個(gè)公知程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如，采樣保持或內(nèi)插法。
為了產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的結(jié)果，西格馬-德?tīng)査{(diào)制器的實(shí)際輸入值需要小于-3dB，所以，通過(guò)將來(lái)自西格馬-德?tīng)査{(diào)制器的二進(jìn)制輸出電壓-3dB，限定該輸入電壓的范圍。最好是設(shè)計(jì)限幅器14，以限定變頻器14中輸入的輸入值。
為了獲得輸出信號(hào)7的令人愉悅的聽(tīng)覺(jué)感受，使用了軟類(lèi)型的限幅器14，該限幅器限定了通過(guò)限幅功能的邊緣的圓整所引入的較高級(jí)別頻率的數(shù)目。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠明確，本發(fā)明并不局限于參考附圖描述的實(shí)施例，還可以包括本發(fā)明的各種類(lèi)型的變體?？梢哉J(rèn)為這些和其他變體，屬于所附權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.用于混合多個(gè)數(shù)字音頻信號(hào)的混合系統(tǒng)，多個(gè)數(shù)字音頻信號(hào)的至少一個(gè)是具有一個(gè)預(yù)定采樣頻率和位分辨率的噪聲整形過(guò)采樣數(shù)字音頻信號(hào)，所述系統(tǒng)包括一個(gè)具有多個(gè)輸入終端的加法單元，輸入終端的每一個(gè)用于分別接收所述多個(gè)音頻信號(hào)的一個(gè)，該加法單元用于計(jì)算所述多個(gè)輸入信號(hào)的一個(gè)和信號(hào)；一個(gè)具有接收所述和信號(hào)的輸入的限幅單元，所述限幅單元對(duì)所述和信號(hào)進(jìn)行限幅；在輸入終端和限幅單元之間的一個(gè)濾波器單元，該單元被設(shè)置成有選擇地抑制來(lái)自和信號(hào)的音頻頻帶之外的頻率成分；以及一個(gè)變頻器單元，該單元被設(shè)置成接收來(lái)自所述限幅單元的一個(gè)經(jīng)過(guò)限幅的和信號(hào)，并使用噪聲整形將所述經(jīng)過(guò)限幅的和信號(hào)轉(zhuǎn)換為所述位分辨率的輸出信號(hào)，該限幅單元被設(shè)置成將該輸入值限定在變頻器能夠以一種穩(wěn)定的模式處理的值的范圍之內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的一個(gè)混合系統(tǒng)，其特征在于所述濾波器單元包括在一個(gè)輸入聲道之中，且為了限定上述輸入信號(hào)的音頻帶寬，該濾波器單元對(duì)上述輸入信號(hào)進(jìn)行濾波。
3.如上述權(quán)利要求中的任意一個(gè)所述的一個(gè)混合系統(tǒng)，其特征在于所述第一和第二采樣頻率的幅值相等。
4.如上述權(quán)利要求中的任意一個(gè)所述的一個(gè)混合系統(tǒng)，其特征在于所述輸入信號(hào)和/或所述輸出信號(hào)都是DSD格式。
5.如上述權(quán)利要求中的任意一個(gè)所述的一個(gè)混合系統(tǒng)，其特征在于所述變頻器單元包括一個(gè)西格馬-德?tīng)査{(diào)制器。
6.如權(quán)利要求5所述的一個(gè)混合系統(tǒng)，其特征在于經(jīng)過(guò)限幅的信號(hào)被最大化至服從上述西格馬-德?tīng)査{(diào)制器的限幅水平。
7.如權(quán)利要求6所述的一個(gè)混合系統(tǒng)，其特征在于與該西格馬-德?tīng)査{(diào)制器的幅值輸出相比，所述信號(hào)輸出可以最大化至-3dB。
8.如上述權(quán)利要求中的任意一個(gè)所述的一個(gè)混合系統(tǒng)，其特征在于所述輸入聲道包括一個(gè)用于向下采樣所述輸入信號(hào)的向下采樣單元。
9.如上述權(quán)利要求中的任意一個(gè)所述的一個(gè)混合系統(tǒng)，其特征在于所述變頻器單元包括一個(gè)向上采樣單元。
10.如上述權(quán)利要求中的任意一個(gè)所述的一個(gè)混合系統(tǒng)，其特征在于限幅單元是軟限幅類(lèi)型。
11.一個(gè)混合多個(gè)噪聲整形過(guò)采樣數(shù)字音頻信號(hào)的方法，多個(gè)噪聲整形過(guò)采樣數(shù)字音頻信號(hào)具有一個(gè)預(yù)定的采樣頻率和位分辨率，該方法包括步驟分別接收所述多個(gè)音頻信號(hào)的一個(gè)；計(jì)算所述多個(gè)輸入信號(hào)的一個(gè)和信號(hào)；有選擇地抑制在輸入信號(hào)和/或和信號(hào)中的音頻頻帶之外的頻率成分；對(duì)所述和信號(hào)進(jìn)行限幅；以及使用噪聲整形，將所述經(jīng)過(guò)限幅的和信號(hào)轉(zhuǎn)換為所述位分辨率的輸出信號(hào)，該限幅單元被設(shè)置成將該輸入值限定在變頻器能夠以一種穩(wěn)定的模式處理的值的范圍之內(nèi)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于該方法進(jìn)一步包括限定所述輸入信號(hào)的音頻帶寬的步驟。
13.如權(quán)利要求11或12所述的方法，其特征在于對(duì)包括在源自所述位分辨率的所述混合信號(hào)中的頻率成分進(jìn)行濾波的步驟和限定所述輸入信號(hào)的音頻帶寬的步驟被結(jié)合在一個(gè)單獨(dú)的級(jí)中。
14.一個(gè)音頻系統(tǒng)，包括如權(quán)利要求1到10中任意一個(gè)權(quán)利要求所述的一個(gè)混合系統(tǒng)，該混合系統(tǒng)用于混合多個(gè)具有一個(gè)預(yù)定采樣頻率和位分辨率的噪聲整形過(guò)采樣數(shù)字音頻信號(hào)。
全文摘要
一個(gè)用于混合多個(gè)數(shù)字音頻信號(hào)的混合系統(tǒng)，多個(gè)數(shù)字音頻信號(hào)的至少一個(gè)是具有一個(gè)預(yù)定采樣頻率和位分辨率的噪聲整形過(guò)采樣數(shù)字音頻信號(hào)，所述系統(tǒng)包括一個(gè)用于計(jì)算所述多個(gè)輸入信號(hào)的和信號(hào)的加法單元；一個(gè)具有用于接收所述和信號(hào)的輸入端的限幅單元，所述限幅單元對(duì)所述和信號(hào)進(jìn)行限幅；進(jìn)一步包括一個(gè)在所述輸入終端和所述限幅單元之間的濾波器單元，該單元被設(shè)置成有選擇地抑制來(lái)自和信號(hào)的音頻頻帶之外的頻率成分；以及一個(gè)變頻器單元，該單元被設(shè)置成接收來(lái)自所述限幅單元的一個(gè)經(jīng)過(guò)限幅的和信號(hào)，并使用噪聲整形將所述經(jīng)過(guò)限幅的和信號(hào)轉(zhuǎn)換為所述位分辨率的輸出信號(hào)，該限幅單元被設(shè)置成將該輸入值限定在變頻器能夠以一種穩(wěn)定的模式處理的值的范圍之內(nèi)。
文檔編號(hào)G11B20/00GK1636243SQ02827400
公開(kāi)日2005年7月6日 申請(qǐng)日期2002年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月23日
發(fā)明者D·里夫曼, B·A·M·茲瓦安斯 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司