專利名稱：多脈寬脈沖差值編碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多脈寬脈沖編碼方法。
目前，國(guó)外對(duì)數(shù)字功放的研究尚處于實(shí)驗(yàn)室階段，且大多數(shù)停留在PWM功放的研究水平上。國(guó)內(nèi)在家電領(lǐng)域開(kāi)始推出AV數(shù)碼功放，但所謂的數(shù)字功放實(shí)質(zhì)上僅僅是對(duì)音頻部分采用了數(shù)字處理，其功率放大部分仍然采用模擬放大，這與真正意義的數(shù)字功放相差甚遠(yuǎn)。
本發(fā)明的目的是為了滿足信號(hào)處理系統(tǒng)對(duì)數(shù)字功放和電源變換的需求，設(shè)計(jì)一種多脈寬脈沖差值編碼方法。
本發(fā)明提供的多脈寬脈沖差值編碼方法，其特征是在信號(hào)處理系統(tǒng)中首先建立一組不同脈寬的脈沖單元，其脈寬雖各不相同，但其寬度是始終固定的，都是系統(tǒng)時(shí)鐘的倍數(shù)。將輸入數(shù)據(jù)通過(guò)Z變換電路后，先與相鄰采樣點(diǎn)的采樣值反相疊加，得到與相鄰采樣點(diǎn)的差值，將該差值送入多脈寬脈沖量化器，得到按事先組建的不同脈寬的脈沖單元的輸出，在量化過(guò)程中，將剩余數(shù)累計(jì)到下一個(gè)相鄰采樣差值上，并將差值繼續(xù)送入多脈寬脈沖量化器，周而復(fù)始地重復(fù)前面的過(guò)程，即可在多脈寬脈沖量化器的輸出端得到最逼近采樣差值的脈沖編碼。
本發(fā)明的工作原理用數(shù)理模型描述如下圖示1為兩個(gè)相鄰采樣點(diǎn)N和N+1的樣值A(chǔ)n和An+1，中間點(diǎn)a1、a2、a3……為超采樣點(diǎn)。超采樣點(diǎn)由數(shù)字濾波器計(jì)算產(chǎn)生出來(lái)。通過(guò)數(shù)字濾波器后，所有采樣點(diǎn)(包括超采樣點(diǎn))所構(gòu)成的音頻信號(hào)是比較平滑的。如

圖1曲線所示。
在信號(hào)處理系統(tǒng)中，首先建立一組不同脈寬的脈沖單元，它的脈寬雖各不相同，但都是系統(tǒng)時(shí)鐘的倍數(shù)，如果將此量化系統(tǒng)比喻為“天平”，那么可以將這些脈沖比喻為“天平”上的一組“砝碼”?，F(xiàn)在來(lái)看編碼是如何進(jìn)行的。
圖1中，第一個(gè)超采樣點(diǎn)a1與前值A(chǔ)n的差為ΔX1，即a1-An＝ΔX1，得到ΔX1后，即用前述脈沖“砝碼”去量度它，僅用一個(gè)脈沖單元表示，余數(shù)進(jìn)行記賬處理，留到下次與下一個(gè)差值一起度量，設(shè)余數(shù)為ΔΔX1，緊接著傳送的第二個(gè)差值編碼為a2-a1＝ΔX2，由于上次未傳夠ΔX1，還余有ΔΔX1，故這次應(yīng)傳ΔX1+ΔΔX1，同樣的方法，用一個(gè)相近的脈沖去度量，余數(shù)記賬，留到下次累計(jì)。由此看出，用“砝碼”稱量后的余數(shù)并沒(méi)有丟失，而是累加至相鄰超采樣點(diǎn)上。也就是說(shuō)，如果站在音頻信號(hào)的角度來(lái)看，An、a1、a2、a3……An+1下方的面積和原值相等，所不同的是曲線An、a1、a2、a3……An+1上增加了以ΔΔX1、ΔΔX2……ΔΔXn幅度上下波動(dòng)的噪聲，這種噪聲是由于ΔX1、ΔX2……與“砝碼”給預(yù)先建立脈沖單元不等所造成的。噪聲分量雖不大，但是在音頻頻段內(nèi)外都均勻存在，必須先進(jìn)行數(shù)字處理，讓噪聲頻段全部處于音頻帶外，通常使用多次噪聲整形技術(shù)。
圖2為多Δ脈沖差值編碼的電路模型其中X為輸入數(shù)據(jù)Z-1為Z的-1次方變換，相當(dāng)于將某數(shù)據(jù)延時(shí)一個(gè)采樣周期。
Y為多Δ脈沖差值編碼的輸出，它的脈寬都是系統(tǒng)事先建立的一批固定值，是時(shí)鐘的不同倍數(shù)，使用中為1-14倍，也可高到16或256倍。Y輸出的平均頻率為16fs＝705.6KHZ，也可到8fs＝352.8KHZ。
由圖2可見(jiàn)，輸入數(shù)據(jù)X通過(guò)電路后先得到相鄰采樣點(diǎn)的差值Y1，然后再進(jìn)入后級(jí)的多Δ量化器，得到按事先組建的不同脈寬的輸出，即多Δ輸出，量化過(guò)程中的余數(shù)處理，是將余數(shù)放到差值Y1輸入口與下一個(gè)采樣點(diǎn)差值相減而不是相加。相減的目的是為了防止自激振蕩。實(shí)際應(yīng)用中，可通過(guò)在圖2中的前后級(jí)電路當(dāng)中加入噪聲整形電路來(lái)將量化噪聲推到音頻帶外。
本發(fā)明對(duì)原始模擬信號(hào)采樣量化，用前后采樣點(diǎn)以差值形式關(guān)聯(lián)的方式在時(shí)域上來(lái)重新描述原始模擬信號(hào)。這種時(shí)域上的差值信號(hào)是以16fs或8fs的編碼重復(fù)頻率出現(xiàn)的，差值是多種固定的脈沖寬度，是時(shí)鐘的1～14倍或更高。本發(fā)明的編碼方法實(shí)質(zhì)上是對(duì)多脈寬脈沖差值編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行積分，以得到最逼近輸入的原始模擬信號(hào)。
本發(fā)明方法的問(wèn)世，使模擬功放發(fā)展為數(shù)字功放成為可能，同時(shí)，也將使工業(yè)控制及專用電源等步入更精密和更優(yōu)秀的狀態(tài)。
附圖為本發(fā)明的原理圖和實(shí)施例。
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
圖1為本發(fā)明數(shù)理模型。
圖2為實(shí)現(xiàn)多脈寬脈沖差值編碼的電路模型。
圖3為本發(fā)明的實(shí)施電路。
本發(fā)明涉及的編碼方法可通過(guò)本實(shí)施例中的可編程門陣列FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)。該門陣列電路為一塊特制的大規(guī)模集成電路，型號(hào)為E20K400，其內(nèi)部由7個(gè)電路單元構(gòu)成，P1部分為FPGA單元庫(kù)內(nèi)的16位并入并出移位寄存器，即電路模型中的Z-1電路，也可用16個(gè)D型觸發(fā)器并聯(lián)構(gòu)成，其作用是使輸入數(shù)據(jù)延時(shí)一個(gè)采樣周期。本實(shí)施例中，采樣周期為705.6KHZ。若輸入數(shù)據(jù)采樣率為44.1K時(shí)，應(yīng)使用數(shù)字濾波器超取樣后輸入705.6KHZ的采樣率的數(shù)據(jù)。P2部分為FPGA內(nèi)的全減法器，可視為電路模型中的減法器節(jié)點(diǎn)，減法器的輸出為一個(gè)12位的數(shù)據(jù)。P3為噪聲整形電路，它對(duì)全減法器P2輸出的差值數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行噪聲整形。P2輸出的差值數(shù)據(jù)為所有相鄰采樣點(diǎn)的依次差值，通過(guò)P3整形后，差值的分布發(fā)生變化，從而使差值呈現(xiàn)的頻譜遠(yuǎn)離音頻區(qū)域到高頻端去。P4為減法器單元，它是在12位的輸入數(shù)據(jù)中減去上一個(gè)采樣周期舍棄的最低8位數(shù)字。P5是一個(gè)12位鎖存器，它相當(dāng)于電路模型中的多Δ量化器，它將減法器P4輸出的數(shù)據(jù)鎖存，一部分反饋回減法器，另一部分送到計(jì)數(shù)器P6，在P6單元的4位可予置下降計(jì)數(shù)器上鎖存，在下一個(gè)采樣點(diǎn)開(kāi)始時(shí)，用系統(tǒng)時(shí)鐘11.2896MHZ進(jìn)行下降計(jì)數(shù)，到Q3、Q2、Q1、Q0的“或”輸出，即為多脈寬脈沖差值編碼輸出，P6是以705.6KHZ的頻率輸出的，其脈寬種類共有15種，由P5輸出的Q11～Q8的數(shù)據(jù)確定，最大為時(shí)鐘頻率11.2896KHZ×15的時(shí)鐘周期。P7為11.2896KHZ的系統(tǒng)時(shí)鐘產(chǎn)生器和705.6KHZ的分頻器定時(shí)電路。
當(dāng)本多脈寬脈沖差值編碼方法應(yīng)用于數(shù)字音頻領(lǐng)域時(shí)，噪聲整形部分P3是必要的，但用于工控或電源等領(lǐng)域時(shí)，P3可以省去。
權(quán)利要求
1.多脈寬脈沖差值編碼方法，其特征在于在信號(hào)處理系統(tǒng)中，首先建立一組不同脈寬的脈沖單元，其脈寬雖各不相同，但其寬度是始終固定的，都是系統(tǒng)時(shí)鐘的倍數(shù)，將輸入數(shù)據(jù)通過(guò)Z變換電路后，先與相鄰采樣點(diǎn)采樣值反相疊加，得到與相鄰采樣點(diǎn)的差值，將該差值送入多脈寬脈沖量化器，量化后，得到按事先組建的不同脈寬的脈沖單元的輸出，在量化過(guò)程中，將剩余數(shù)累計(jì)到下一個(gè)相鄰采樣差值上一起量化， 并將差值繼續(xù)送入多脈寬脈沖量化器，周而復(fù)始地重復(fù)前面的過(guò)程，即可在多脈寬脈沖量化器的輸出端得到最逼近采樣差值的脈沖編碼。
全文摘要
本發(fā)明方法是在信號(hào)處理系統(tǒng)中首先建立一組不同脈寬的脈沖單元,其脈寬雖各不相同,但其寬度是始終固定的,都是系統(tǒng)時(shí)鐘的倍數(shù),將輸入數(shù)據(jù)通過(guò)Z變換電路后,先與相鄰采樣點(diǎn)采樣值反相疊加,得到與相鄰采樣點(diǎn)的差值,將其送入多脈寬脈沖量化器量化,得到按事先組建的不同脈寬的脈沖單元的輸出,周而復(fù)始地將剩余數(shù)累計(jì)到下一個(gè)相鄰采樣差值上,即可在量化器輸出端得到最逼近采樣差值的脈沖編碼。
文檔編號(hào)H03M1/12GK1274201SQ0011302
公開(kāi)日2000年11月22日 申請(qǐng)日期2000年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月15日
發(fā)明者李斌, 周全才 申請(qǐng)人:成都天奧實(shí)業(yè)有限公司