异步采样率转换器的制造方法

异步采样率转换器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种异步采样率转换器和方法，用于将输入信号转换为重采样的输出信号。本发明公开了一种有效的且节省成本的采样率转换器，用于将任意采样率的输入信号转换为第二采样率的重采样的输出信号。本发明公开了一种节省硬件的采样率转换器，用于将具有任意采样率的音频输入信号重采样为具有已知的采样率的输出音频信号以在音频处理器中使用。
【专利说明】异步采样率转换器
【技术领域】
[0001]本公开致力于一种用于将数字输入信号转换为数字输出信号的信号处理器，并且更特别地，致力于一种具有异步采样率转换器的信号处理器。
【背景技术】
[0002]在全世界，移动技术和消费者电子设备(CED)在用途和范围上持续发展，并且随着持续激增，在设备硬件和组件方案引起了快速的技术进步，导致计算能力增加，新的板载外围设备的结合，以及设备尺寸和功耗等的减少。
[0003]这样的设备必须常规地处理一定范围类型的来自各种源的信号(例如，音频信号、视频信号、感测数据等)。为了管理任意信号，对于这样的系统，通常使用采样率转换器以从具有任意采样率的第一信号转换为可选的采样率。可以将这样的采样率转换用于降低计算上的信号处理需求、使得信号采样与系统时钟同步、以最小的采样率操作、转换到已知的采样率等。
[0004]进一步，输入信号典型地从具有其自有参考时钟的不同的源提供，所述参考时钟在频率上不同，或根据可用的系统时钟异步地操作。即使频率中的变化可能较小，但出于众多应用中的稳定性需求和性能要求，数据流仍然必须经过采样率转换，从而在长样本流上维持同步和信号完整性。中间采样率的使用还可以除去信号源的切换同步性的问题。例如，当将信号处理系统同步到输入样本流(而非独立的或稳定的时钟)并且样本流时钟改变、波动、或被移除时，所生成的输出信号中会发生“小毛病”。
[0005]如上所述的这样的问题与音频处理、视频处理和遥测应用领域特别相关。

【发明内容】

[0006]本公开的一个目的是提供一种有效的且节省成本的采样率转换器，用于将任意采样率的输入信号转换为第二采样率的重采样的输出信号。另一目的是提供一种采样率转换器，用于从具有任意采样率的输入信号中生成具有稳定的采样率的重采样的输出信号。本公开的又一目的是提供一种节省硬件的采样率转换器，用于将具有任意采样率的音频输入信号重采样为用于在音频处理器中使用的具有已知的采样率的输出音频信号。本公开的另一目的是提供一种采样率转换器，用于将一个或多个输入信号转换至以可选的不相关的输出采样率输出的多个重采样的输出信号，而基本上没有额外的硬件。本公开的又一目的是提供一种异步采样率转换器，用于提供具有可变(非周期的)采样率的一个或多个输出。
[0007]根据本公开，以上目的全部或部分地通过根据所附权利要求书的设备、系统、以及方法来满足。根据本公开，在所附权利要求书中、在以下描述中、以及在所附附图中提出多个特征和多个方案。
[0008]根据第一方案，提供了一种采样率转换器，用于将具有第一采样率的输入信号转换为具有输出采样率的重采样的输出信号，该采样率转换器包括交叉使能单元、以及线性内插单元。交叉使能单元配置成接受输入信号和产生一个或多个重采样时钟信号和去抖动的信号。线性内插单元配置成接受一个或多个重采样时钟信号和去抖动的信号，并且配置成产生按输出采样率的重采样的输出信号。
[0009]交叉使能单元可以配置成从信号源(例如，模数转换器、信号处理器、SPDIF转换器、I2S转换器等的输出)接受一个或多个输入信号(例如，数字信号、数字音频流、遥测信号等)，并且产生一个或多个重采样时钟以及去抖动的信号。输入信号可以具有一个或多个相关联的第一采样率。交叉使能单元可以配置成接受和/或生成时钟信号(例如，系统时钟)。交叉使能单元可以配置成产生一个或多个重采样时钟信号，结合时钟信号来从一个或多个输入信号中生成所述重采样时钟信号。
[0010]采样率转换器可以包括有限冲击响应(FIR)滤波器模块。FIR滤波器模块可以放置在交叉使能单元和线性内插单元之间。FIR滤波器模块可以配置成从一个或多个重采样时钟信号和去抖动的信号中产生经滤波的中间信号。线性内插单元可以接受经滤波的中间信号而非去抖动的信号。
[0011]在多个方案中，重采样时钟信号的采样率可以是平均的输入采样率的倍数(例如，整数倍、非整数倍、有理的非周期的可变倍数等)。
[0012]重采样时钟信号可以由采样率转换器内的单元中的一个或多个(例如，FIR滤波器模块、线性内插单元等)来使用，以执行采样率转换的多个方案。还可以提供重采样时钟信号，作为到其他系统的输出(例如，用于进一步的信号处理、定时操作、参数计算、输入信号质量评价等)。
[0013]交叉使能单元可以配置成产生大致根据第一采样率的平均来采样的去抖动的信号和相关联的去抖动的时钟信号。去抖动的信号在以下应用中会是有利的:其中输入信号具有抖动、异步、不可靠、或者其他情形下为可变采样率，以及在以下应用中会是有利的:其中对于系统的多个信号处理方案具有高性能要求。
[0014]在多个方案中，根据本公开的交叉使能单元可以包括计数器、FIFO缓冲器、取平均部件、第一三角积分(sigma-delta)环、和/或重采样时钟生成器。计数器可以配置成对输入信号的相邻样本之间的时钟信号上的时钟周期的数量计数，以形成计数差异信号。FIFO缓冲器可以配置成存储输入信号的样本和/或与输入信号的每一个样本相关联的计数差异信号，以由交叉使能单元中的其他部件来使用。取平均部件可以配置成计算计数差异信号的滑动平均，以形成平均的计数差异信号。第一三角积分环可以配置成从平均的计数差异信号中生成应该以期望的重采样率来插入到各样本之间的时钟周期的数量。重采样时钟生成器可以配置成从第一三角积分环的输出中构造一个或多个重采样时钟信号(例如，一个或多个中间时钟信号、去抖动的时钟信号等)。此外或相结合地，可以将去抖动的时钟信号用作反馈，以根据去抖动的采样率来从FIFO缓冲器中释放对应的输入样本。
[0015]在多个方案中，重采样时钟生成器可以包括多个抽取器(decimator)，每一个抽取器和/或全体抽取器配置成生成一个或多个重采样时钟信号(例如，最高输出采样率的整除、最高输出采样率的非整除等)。
[0016]在多个方案中，可以将去抖动的时钟信号反馈到FIFO缓冲器、取平均部件、以及第一三角积分环，使得对交叉使能单元内的计算进行同步并且提供比可以从输入信号中获得的速率更稳定的速率。通过基本上去除抖动导致的误差传播，这一方法对于提高系统性能将是有利的，否则所述抖动导致的误差传播会沿着信号处理系统等穿行。[0017]在多个方案中，取平均部件可以包括滑动平均滤波器、Boxcar滤波器、其组合或类似物。滤波器可以配置成基本上减少来自计数差异信号的可变性，和/或配置成产生表示第一采样率和时钟信号之间的关系的稳定数值。
[0018]在多个方案中，取平均部件可以包括带非单一 DC增益调整的取平均功能，其配置成产生计数差异信号的非单一表征。这样的安排可以适于形成于重采样时钟信号的一个或多个上的非整数重采样率。在多个方案中，可调增益还可以用作到交叉使能单元的其他元件(例如，FIFO缓冲器)的反馈控制信号。在多个中，取平均部件可以包括具有可调增益参数的滑动平均滤波器。FIFO缓冲器可以包括与FIFO缓冲器的填充水平成比例的填充值。可调增益参数可以可控制地关联到填充值。因而，去抖动的采样率可以随着FIFO缓冲器的填充水平而变化，可以建立参数之间的关系以使得系统自稳定，使得FIFO缓冲器填充到中间点并且在操作期间维持在中间点。
[0019]在多个方案中，第一三角积分环可以包括一个或多个适于修改计数差异值的参数，和/或平均计数差异值重采样的暂时纠正值。在一个非限制性的示例中，第一三角积分环可以包括整数值参数，诸如2的幂次(例如，16)。在另一非限制性的示例中，第一三角积分环可以包括非周期的、可能地为随机数生成器(例如，伪随机高斯噪声生成器)。这样的配置对于生成扩频采样率而言会是有利的。
[0020]交叉使能单元可以包括若干以上元件(例如，FIFO缓冲器、三角积分环、取平均部件等)，设置所述元件以使得形成一定范围的多速率重采样的信号、非整数重采样的信号
坐寸ο
[0021 ] 交叉使能可以进一步包括抽取单元，用于向下采样信号以产生具有比输入信号的采样率更少的采样率的一个或多个重采样时钟信号。可选地、额外地、或相结合地，交叉使能单元可以包括低通滤波器(例如，线性相位滤波器、FIR滤波器等)，配置所述低通滤波器以使得在交叉使能中从一个或多个信号中去除镜像。在多个方案中，镜像去除可以通过展开低通滤波器中一个或多个系数集(即，为了形成自适应镜像抑制滤波器)来解决，使得低通滤波器可以配置成通过系数集的一个或多个元素的选择来起到可变低通滤波器的作用。在多个方案中，可以取决于在任意特定应用中选择的输入到输出(input-to-output)采样率来选择系数集的一个或多个元素。
[0022]交叉使能可适于为多个异步输入信号同时地管理去抖动和/或重采样时钟信号生成。这样的配置对于传感器融合应用可以是有利的，在所述传感器融合应用中，必须维持从一定范围的感测输入中获取的若干、可能地为多速率的输入信号之间的共同的相位延迟。
[0023]在多个方案中，有限冲击响应(FIR)滤波器模块可以配置成接受一个或多个重采样时钟信号和去抖动的信号。FIR滤波器模块可以配置成产生按中间采样率的经滤波的中间信号，所述中间采样率对应于重采样时钟信号中的一个。FIR滤波器模块可以包括FIR滤波器，所述FIR滤波器根据对应于重采样时钟信号中的一个的速率来对去抖动的信号进行采样。FIR滤波器可以配置为低通滤波器、带通滤波器、其组合、或类似物。在一个非限制性的示例中，FIR滤波器可以实现为计算上有效的多相FIR滤波器。
[0024]在多个方案中，FIR滤波器可以是自适应和/或可重构的滤波器，所述滤波器的属性可以通过外部系统、通过自适应算法、参数集、或类似物来调整。可以将可重构的滤波器参数存储在采样率转换器中和/或可以为外部地或内部地、可能地为实时更新的可重构的滤波器参数。
[0025]重采样时钟信号生成器可以从外部源接受可重配置的参数。可选地、相结合地、或另外，重采样时钟生成器可以包括非周期的速率转换元件(例如，伪随机数生成器等)。非周期的速率转换元件可以用于创建扩频采样率、或类似物。这样的多个方案对于减少从采样系统等可操作地发射的峰值电磁辐射而言是有利的。
[0026]在多个方案中，FIR滤波器可以以硬件描述语言(HDL)来实现，以提供具有固有的可变精度的结构。HDL实现对于将采样率转换器简单包括在信号处理专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、或类似物中而言可以是有利的。
[0027]在一个非限制性的示例中，FIR滤波器可以包括逆系统模型的多个方案，该逆系统模型带有低通功能，所述低通功能对于从上采样输入信号中去除混叠伪影(aliasingartifact)是有用的。这样的FIR滤波器配置对于实现具有基本上最小化的相位延迟、改进的计算上的效率等的补偿功能而言将是有利的。
[0028]在多个方案中，线性内插单元可以配置成接受一个或多个重采样时钟信号和去抖动的信号、经滤波的中间信号、或与其相关的信号。线性内插单元配置成产生按输出采样率的重采样的输出信号。线性内插单元可以包括滤波器元件以在重采样到输出采样率之后去除混叠伪影。
[0029]在多个方案中，线性内插单元可以包括第二三角积分环，所述第二三角积分环配置成从经滤波的中间信号的相关联的和/或相邻的样本中生成连续的输出样本。三角积分环可以配置成取决于重采样时钟信号和经滤波的中间信号的采样率而计算纠正信号。一般地，纠正信号可以包括整数部分和余数部分。在输出采样率的每一个周期，可以将纠正信号的整数部分添加到之前的重采样的输出信号样本，以形成当前的重采样的输出信号样本，而可以将余数部分添回纠正信号，以在时间上维持转换过程的完整性。
[0030]在多个方案中，接着可以从采样率转换器中输出具有相关联的输出采样率的对应的重采样的输出信号，以在信号处理系统中的其他处使用，传送到PWM模块、变换器驱动电路、或类似物。
[0031]根据另一方案，提供了一种采样率转换器，用于将按第一采样率的异步输入信号转换为按可变(非周期的)采样率的一个或多个重采样的输出信号。根据本公开，采样率转换器包括交叉使能单元、线性内插单元和FIR滤波器模块中的每一个。交叉使能单元可以包括非周期信号生成器，可以将所述非周期信号生成器的输出整合入重采样过程(例如，添加到计数差异信号中)，以形成非周期的重采样时钟信号。
[0032]根据又一方案，提供了一种米样率转换器，用于将按第一米样率的异步输入信号转换为具有基本上最大化的采样率的重采样的输出信号。采样率转换器包括频率合成器，所述频率合成器配置成产生时钟信号，和/或接收时钟信号的装置(例如，高频系统时钟)。采样率转换器包括交叉使能单元，所述交叉使能单元配置成接受时钟信号和输入信号，并且配置成生成按基本上第一采样率的平均来采样的计数差异信号和去抖动的信号，以及线性内插单元，期配置成按时钟信号的采样率生成重采样的输出信号。线性内插单元配置成接受去抖动的信号、时钟信号、以及计数差异信号。线性内插单元包括三角积分环。线性内插单元配置成在去抖动的信号的每一个时钟周期上计算去抖动的信号的连续样本之间的差并且将该差输入到三角积分环。三角积分环配置成用计数差异信号来除以该差，以形成纠正信号。纠正信号具有整数部分和余数部分。三角积分环配置成在时钟信号的每一个周期上将整数部分添加到之前的重采样的输出信号，从而生成重采样的输出信号的当前的样本。三角积分环配置成将余数部分再循环到纠正信号中，以在后续周期上使用(例如，以维持完美的转换)。
[0033]根据另一方案，提供了一种方法，用于从一个或多个输入信号和时钟信号中生成具有期望的采样率的一个或多个重采样的输出信号。所述方法包括:从输入信号和时钟信号中计算计数差异信号，计数差异信号涉及时钟信号和输入信号之间的采样率中的差；从计数差异信号中生成暂时纠正信号，暂时纠正信号对应于期望的采样率的至少一部分；使用暂时纠正信号来计算一个或多个重采样时钟信号；以及根据对应于一个或多个重采样时钟信号的采样率来对输入信号和/或一个或多个中间信号进行内插，以形成重采样的输出信号的至少一部分。
[0034]所述方法可以包括从输入信号和一个或多个重米样时钟信号中计算一个或多个中间信号的步骤。中间信号可以通过向上采样和使用低通滤波器、FIR滤波器、低通多相FIR滤波器、其组合、或类似物来计算。
[0035]计算计数差异信号可以通过比较输入信号的连续样本之间的时钟信号的周期的数量来完成。
[0036]生成暂时纠正信号可以通过使用根据本公开的第一三角积分环来完成。
[0037]使用暂时纠正信号来计算一个或多个重采样时钟信号可以通过使用根据本公开的时钟生成器来完成。
[0038]对输入信号和/或一个或多个中间信号的内插可以至少部分地通过使用根据本公开的第二三角积分环来完成。
[0039]在多个方案中，所述方法可以包括在计算暂时纠正信号之前对计数差异信号进行滤波。滤波可以通过低通滤波器、滑动平均滤波器、低通多相FIR滤波器、其组合、或类似物来完成。
[0040]在多个方案中，所述方法可以包括添加非周期的信号到计数差异信号。这样的非周期的信号可以通过随机数生成器、热数生成器等来提供。这样的非周期的添加对于形成一个或多个扩频重采样的输出信号而言是有利的。
【专利附图】

【附图说明】
[0041]能够关于以下附图更好地理解本公开的若干方案。在附图中，同样的附图标记在整个若干示图中标记对应的部件。
[0042]图1示出了根据本公开的采样率转换器。
[0043]图2示出了根据本公开的交叉使能单元。
[0044]图3示出了根据本公开的有限冲击响应滤波器。
[0045]图4示出了根据本公开的线性内插单元和三角积分部件。
[0046]图5示出了根据本公开的描绘了输入信号的连续的输入采样转换到重采样的输出信号的时序图。[0047]图6示出了根据本公开的具有集成的采样率转换器的用于音频应用的信号处理系统。
[0048]图7示出了根据本公开的多信号采样率转换器。
【具体实施方式】
[0049]这里，下面关于所附附图描述本公开的特定实施例；但是，所公开的实施例仅仅是本公开的示例并且可以具体化为各种形式。没有具体描述众所周知的功能或构造，以避免以不必要的细节来模糊本公开。因此，不将这里公开的具体结构上和功能上的细节解释为限制，而仅仅解释为权利要求书的基础和解释为教导本领域技术人员以实际上任意适当的具体结构来多方案地采用本公开的代表性的基础。在整个图的描述中，同样的附图标记可以指代相似的或相同的要素。
[0050]这里描述的某些方案与“任意”采样率(例如，任意源或目标采样率)相关联。如这里所使用的，术语“任意的”可以指没有预先确定的任意采样率(例如，当设计采样率转换系统时是未知的)。
[0051]此外，如这里所使用的，小写变量将表明时域序列，而大写变量将表示频率表征(例如，X是在时域中表示的序列，而X是在频域中表示的同样的变量)。下标口 ?用于表示时域中的序列的时间索引(例如，χη)。不同的下标字母用于表示涉及时域中的序列的时间索引的不同的采样率(例如，xn> yb、zk等)。
[0052]图1示出了根据本公开的采样率转换器100。采样率转换器100适于将具有第一采样率的输入信号I转换为具有输出采样率的重采样的输出信号150，并且包括交叉使能单元110、有限冲击响 应(FIR)滤波器模块130、以及线性内插单元140。采样率转换器100可以配置成接受、或内部地生成时钟信号3，所述时钟信号3可以在转换过程期间使用。交叉使能单元110配置成接受输入信号I并且产生一个或多个重采样时钟信号120和去抖动的信号115。FIR滤波器模块130可以配置成根据重采样时钟信号120中的一个或多个(可选地为时钟信号3)、以及去抖动的信号115来产生经滤波的中间信号135。线性内插单元140可以配置成接受一个或多个重采样时钟信号120和经滤波的中间信号135，并且配置成产生根据输出采样率的重采样的输出信号150。
[0053]尽管图1示出了单个输入信号1、去抖动的信号115、经滤波的中间信号135、以及重采样的输出信号150，但是，多个信号也可认为是在本公开的精神内，并且特别对于下文的讨论来说信号通常指的是单个或多个的形式的信号。
[0054]尽管图1示出了连接在交叉使能单元110和线性内插单元140之间的FIR滤波器模块130，在一个非限制性的示例中，FIR滤波器模块130可以去除并且去抖动的信号115直接连接到线性内插单元140，而不改变本公开的范围。在这一示例中，替代经滤波的中间信号135，线性内插单元140可以配置成直接接受去抖动的信号115。
[0055]交叉使能单元110可以配置成从信号源(例如，模数转换器、信号处理器、SroiFR换器、I2S转换器等的输出)接受一个或多个输入信号I (例如，数字信号、数字音频流、遥测信号等)，并且配置成产生一个或多个重采样时钟信号120和去抖动的信号115。输入信号I具有一个或多个相关联的第一采样率。交叉使能单元110还可以接受时钟信号3和/或内部地生成时钟信号3 (例如，系统时钟)。交叉使能单元110可以配置成产生一个或多个重采样时钟信号120，结合时钟信号3来从输入信号I中的一个或多个中生成所述重采样时钟信号120。
[0056]在多个方案中，时钟信号3可以具有比输入信号1、重采样的输出信号150或在转换过程期间生成的中间信号明显更高的采样率。可以通过频率合成器、PLL、RC振荡器、晶体振荡器、其组合、或类似物来生成时钟信号3。
[0057]在多个方案中，重采样时钟信号120的采样率可以预配置为与输入信号I相关联的平均输入采样率的倍数(例如，整数倍、非整数倍、有理的非周期的可变倍数等)。可选地，重采样时钟信号中的一个或多个可以确定地涉及时钟信号3，从而不论第一采样率中的偏移和/或波动而提供已知采样率。
[0058]重采样时钟信号120可以由采样率转换器100内的单元(例如，FIR滤波器模块130、线性内插单元140等)中的一个或多个来使用，以执行采样率转换的多个方案。还可以提供重采样时钟信号120作为到其他系统的输出(例如，用于进一步的信号处理、定时操作、参数计算、输入信号质量评价等)。
[0059]在多个方案中，交叉使能单元110可以配置成产生去抖动的信号115和相关联的去抖动的时钟信号(例如，重采样时钟信号120)，其基本上根据第一采样率的平均值来采样。去抖动的信号115在以下应用中可以是有利的，其中输入信号I具有抖动、异步、不可靠、或其他情形下为可变的第一采样率，以及在以下应用中可以是有利的，其中对于系统的各个信号处理方案中有较高的性能要求。
[0060]在多个方案中，FIR滤波器模块130可以包括FIR滤波器(未明确示出)和用于调整FIR滤波器的属性的一个或多个参数155。FIR滤波器可以配置为低通滤波器、带通滤波器、或类似物。在一个非限制性的示例中，FIR滤波器可以实现为计算上有效的低通多相FIR滤波器。FIR滤波器可以是自适应和/或可重构滤波器，可以通过外部系统、通过自适应算法、参数155、或类似物来调整所述滤波器的属性。在一个非限制性的示例中，可重构滤波器参数155可以存储在采样率转换器中和/或外部地或内部地、可能地为可实时更新。
[0061]在多个方案中，交叉使能单元110和/或FIR滤波器模块130可以包括低通滤波器(例如，线性相位滤波器、FIR滤波器等)，配置所述低通滤波器，从而在交叉使能中从一个或多个信号中去除镜像。在多个方案中，镜像去除可以通过展开低通滤波器中的一个或多个系数集来解决(即，为了形成自适应镜像抑制滤波器)，使得其可以配置成通过系数集的一个或多个元素的选择来起到可变低通滤波器的作用。在多个方案中，可以取决于在任意特定应用中选择的输入到输出采样率来选择系数集的一个或多个元素。
[0062]图2示出了根据本公开的交叉使能单元110。交叉使能单元110包括计数器210、FIFO缓冲器220、取平均部件230、第一三角积分环240、重采样时钟生成器250、以及FIFO填充控制260 (等效地包括在FIFO缓冲器220内)。计数器210可以配置成对输入信号I的相邻样本之间的时钟信号3上的时钟周期的数量进行计数，以形成计数差异信号215。计数器210可以配置成直接接受输入信号I和/或输入信号使能位Ia(如所示的)。
[0063]FIFO缓冲器220可以配置成存储输入信号I和/或与输入信号I的每一个采样相关联的计数差异信号215的采样，以由交叉使能单元110中的一个或多个部件使用。FIFO缓冲器220可以配置成传递计数差异采样225到取平均部件230。FIFO缓冲器220还可以配置成生成填充值227和/或输入信号I的对应的样本，所述填充值227对应于FIFO缓冲器220的计数差异值225有多满。
[0064]取平均部件230可以配置成计算计数差异值225的滑动平均，以形成平均计数差异信号235。取平均部件230可以包括FIR滤波器、Boxcar平均、无限冲击响应(IIR)低通滤波器、其组合、或类似物，以达到这一功能性。第一三角积分环240可以配置成接受时钟信号3、平均的计数差异信号235和/或一个或多个中间时钟信号120η(如从重采样时钟生成器250所反馈的)。从这些输入中，第一三角积分环240可以配置成从平均计数差异信号235中生成应该插入到根据期望的重采样率的输入样本之间的时钟周期的数量，以形成暂时纠正信号245。重采样时钟生成器250可以配置成接受暂时纠正信号245、时钟信号
3、或类似物，并且配置成构造一个或多个重采样时钟信号120(例如，一个或多个中间时钟信号120η、去抖动时钟信号120a等)。
[0065]此外或相结合地，去抖动时钟信号120a可以用作反馈以根据去抖动的采样率来从FIFO缓冲器220中释放对应的输入样本。
[0066]FIFO填充控制260可以配置成通常在操作期间保持FIFO缓冲器220免于下溢或上溢。为了达到这一功能，FIFO填充控制260可以配置成从FIFO缓冲器220接受填充值227、去抖动时钟信号120a、以及时钟信号3，和/或计算填充率参数265。填充率参数265可以用于有利地对到FIFO缓冲器220中的采样的释放计时，以防止低填充或过填充。
[0067]在多个方案中，FIFO填充控制260可以包括在滑动平均部件230中或在FIFO缓冲器220和滑动平均部件230之间。FIFO填充控制260可以配置成在提供计数差异信号到取平均部件230之前改变与每一个释放的音频样本相关联的计数差异信号225。FIFO填充控制260可以配置成基于FIFO缓冲器220的填充水平来改变计数差异信号225。当FIFO缓冲器220为半满时，FIFO填充控制260可以配置成维持计数差异信号225在大致稳定值。这样，FIFO释放时钟120a可以配置成加速或降速，以维持FIFO缓冲器220在期望的填充水平。
[0068]可以将去抖动时钟信号120a反馈到FIFO填充控制260、到FIFO缓冲器220、取平均部件230、以及第一三角积分环240中，作为触发信号以对交叉使能单元110内的计算进行同步并且提供比可以直接从输入信号I中获取的采样率更稳定的信号处理的采样率。通过基本上从输入信号I中去除抖动导致的错误传播，这一方法对于提高系统性能可以是有利的，否则所述抖动导致的错误传播会沿着信号处理系统等穿行。
[0069]在多个方案中，第一三角积分环240可以配置成从取平均部件230中接受平均计数差异信号235，并且配置成生成多个时钟周期转换点，以在一个或多个重采样时钟信号之间等待重米样时钟生成器250。一般,第一三角积分环240可以配置成输出待插入在系统中的最高重采样时钟速率之间的时钟周期变换的数量。第一三角积分环240可以配置成保持这一信息作为内部值，该内部值可以包括整数部分和余数部分。可以以暂时纠正值245的形式将整数部分传递到重采样时钟生成器250，而余数部分可以内部循环以在后续采样上展开。这样，第一三角积分环240可以配置成在若干样本上展开信号转换的多个异步方案，而在平均时间意义上基本上执行完美的转换。
[0070]在多个方案中，重采样时钟生成器250可以配置成接受通常涉及系统中的最大重采样时钟率的暂时纠正值245，并且配置成生成一个或多个重采样时钟率120，以由系统中的一个或多个单元使用。重采样时钟生成器250可以包括整除器(integer divider)、非整除器、其组合、或类似物。
[0071]图3示出了根据本公开的FIR滤波器模块130。FIR滤波器模块130包括控制器310、FIR滤波器320以及限制器330。FIR滤波器模块130可以配置成接受时钟信号3、一个或多个去抖动的信号115、一个或多个重采样时钟信号120、或类似物。FIR滤波器模块130可以配置成产生一个或多个经滤波的中间信号135。控制器310可以配置成接受时钟信号3和一个或多个重采样时钟信号120，并且配置成产生中间时钟信号315以驱动FIR滤波器320。FIR滤波器320可以配置成接受按中间时钟信号315确定的采样率的一个或多个去抖动的信号115，并且配置成产生第一经滤波的信号325。限制器330可以配置成接受第一经滤波的信号325并且配置成实现饱和功能，以防止信号的溢出。限制器330可以配置成输出一个或多个经滤波的中间信号135。
[0072]FIR滤波器模块130可以包括一个或多个参数155。参数155可以用于配置FIR滤波器320和/或限制器330的系数。
[0073]图4示出了根据本公开的线性内插单元140，其配置成接受一个或多个经滤波的中间信号135、时钟信号3、以及一个或多个重采样时钟信号120a-b，并且配置成产生按输出采样率的重采样的输出信号150。
[0074]线性内插单元140可以包括一个或多个寄存器410、420、440以存储信号。可以将时钟信号3提供给线性内插单元140内的寄存器410、420、440和部件430中的每一个，作为定时源。如图4中所示，可以在第一重采样时钟信号120a的每一个周期上将经滤波的中间信号135存储在寄存器410中，以形成经延迟的信号460。可以从经滤波的中间信号135中减去经延迟的信号460,以形成差信号461。差信号461可以在第一重米样时钟信号120a的每一个周期上存储在寄存器420中。所存储的差信号462可以在第二重采样时钟信号120b的每一个周期上由三角积分环430采样。三角积分环430可以配置成在第二重采样时钟信号120b的每一个周期上产生输出递增信号468。可以在第二重采样时钟信号120b上将输出递增信号468添加到重米样的输出信号150,以形成存储在寄存器440中的中间输出信号469，还可以在第二重采样时钟信号120b的每一个周期上存储中间输出信号469。因而，线性内插单元140可以配置成生成按输出采样率的重采样的输出信号150。
[0075]图4还示出了根据本公开的三角积分环430的示例。三角积分环430可以配置成接受时钟信号3和第二重采样时钟信号120b。三角积分环430可以配置成在第二重采样时钟信号120b的每一个周期上采样所存储的差信号462，并且配置成从差信号462中减去表示纠正信号465的整数部分的余数信号467，以产生第一 SDL中间信号463，可以将所述第一 SDL中间信号463加至纠正信号465，结果为第二 SDL中间信号464，接着在第二重采样时钟信号120b的每一个周期上将所述第二 SDL中间信号464存储在寄存器450中。可以将纠正信号465除以预先确定的值(取决于期望的输出采样率)以创建整数部分466。在多个方案中，整数部分466可以通过2的幂来除(例如由32来除)来生成，其通过比特移位来达到。在非限制性的示例中，其中目标是提供最大的重采样的输出信号，这一除的速率是实时可变的，其随着输入信号I的每一个采样而更新。可以将整数部分466转换为合适的精度，以在第二重采样时钟信号120b的每一个周期上创建输出递增信号468。
[0076]在多个方案中，线性内插单元140可以包括第二三角积分环430，其配置成从经滤波的中间信号135的相关联的和/或相邻的样本中生成连续的输出采样。三角积分环430可以配置成在重采样时钟信号120b的每一个周期上计算纠正信号465。一般地，纠正信号可以包括465整数部分466以及余数部分(示为第二 SDL中间信号464的一部分)。在第二重采样时钟信号120b的每一个周期上，可以将输出递增信号468加到重采样的输出信号150的之前的样本，以生成当前的重采样的输出信号样本，而可以将余数部分反馈到三角积分环，以在时间上维持转换过程的完整性。
[0077]图5示出了非限制性的示例的时序图以显示第一三角积分环和第二三角积分环的组合效果。将时间轴分成时钟信号3的周期。在这一非限制性的示例中，FIR滤波器模块130配置以统一采样率并且就此而言不影响系统响应。将幅度轴分成最低有效位，表示信号的期望的精度。在这一示例中，示出了 22个时钟周期。输入信号的时间序列由连续的采样\和sn+1来表示。在这一非限制性的示例中，将输入采样sn+1和\用22个时钟周期分开。重采样的输出信号的时间序列由连续的采样Vk到vk+4表示。
[0078]第一三角积分环从暂时时间序列η中生成序列k的暂时间隔以及序列k和序列η采样率之间的期望的比例(在该例中为整数值4)。如图5中所见的，分别以5、6、5、和6个时钟周期来间隔重采样的输出信号采样。第二三角积分环从输入样本中生成输出样本的幅度和输入信号与重采样的输出信号的采样率之间的比例。如图5中所见的，输出采样幅度分别为2、5 、7、和10。在以下进一步阐明三角积分环的功能。
[0079]表1:三角积分示例:具有内插因子4的两个三角积分环
[0080]第一三角积分单元(暂时的)第二三角积分单元(幅度)
[0081]采样时间差为:采样幅度差为:
[0082]T_Diff = Tn+1Tn = 22S_Diff = sn+1sn = 10
[0083]T_DiffDiv = T_Diff/4 = 5.5 S_DiffDiv = S_Diff/4 = 2.5
[0084]因而，对于每一个新的内插的采因而，对于每一个新的内插的采样，应该将时间增加5.5个CLK样，应该将信号幅度增加2.5个幅周期以在采样sn+1-sn之间均匀地度步长以在sn+1-sn之间均匀地展展开它们。为了对时钟信号的输开它们。为了保持系统精度等于出进行同步，三角积分将仅仅在输入信号，三角积分将仅仅生成整数值处生成样本，并且在样本用于每个增量的整数值，并且在上展开截断误差。样本上展开截断误差。
[0085]由第一三角积分生成的样本之间由第二三角积分生成的输出增的要等待的输出时钟周期:量:
[0086]vk+1:5vk+1:2
[0087]vk+2:6vk+2:3
[0088]vk+3: 5vk+3: 2
[0089]sn+1:6sn+1:3
[0090]叠加到图上的是描述假定的实际信号(实线)和理想线性内插(点划线)的曲线。如图5中可见的，内插的采样点vk+1到vk+3在幅度和时间上近似线性内插。第一三角积分环确保转换是时间上完美的，在于在环中维持来自每一个近似的余数，用于贡献到后续样本。类似地，将第二三角积分环的子LSB幅度变化维持作为余数，用于贡献到后续样本。
[0091]图6示出了根据本公开的具有集成的采样率转换器100的用于音频应用的信号处理系统600。音频增强系统600包括参数可配置处理(PCP)部件620、异步采样率转换器(ASRC) 100和数字驱动(DD)部件630。音频增强系统600可以配置成从音频源接受一个或多个音频输入信号I。在示出的示意图中，ASRC部件100可以配置成接受输入信号I并且配置成产生重采样的输出信号150。可以将重采样的输出信号150提供到PCP部件620，所述PCP部件620产生增强的信号625。DD部件630可以配置成将增强的信号625转换为一个或多个音频输出信号625a-n,以适于驱动变换器5或变换模块6。变换模块6可以包括驱动集成电路7和变换器9。
[0092]音频增强系统600可以进一步包括时钟生成器610，所述时钟生成器610可以内部地生成时钟信号3或从外部时钟源接受系统时钟信号3b。时钟信号3可以提供到音频增强系统600中的任意部件，但是特别地提供到ASRC部件100，其用来计算重采样的输出信号150。
[0093]图7示出了多输入多输出(MMO)采样率转换器700，包括交叉使能单元710、FIR滤波器模块730、以及多个线性内插单元740a-m。MIMO采样率转换器700可以配置成接受多个输入la-k和时钟信号3。时钟信号3可以指向系统的一个或多个方案并且可以在整个MIMO采样率转换器700中用作稳定的和已知的时间间隔。
[0094]交叉使能710可以配置成接受多个输入信号la-k和时钟信号3，并且配置成生成多个去抖动的信号715a-j和一个或多个重采样时钟信号720。可以根据大致对应的输入信号la-k的平均米样率来米样去抖动的信号715a_j。可以根据对应的输入信号la_k米样率的整数倍或非整数倍来生成重采样时钟信号720。重采样时钟信号720中的一个或多个可以对应时钟信号3的非整除或整除。
[0095]在多个方案中，FIR滤波器模块730可以包括多个FIR滤波器(例如，低通多相FIR滤波器)、以及可选地为一个或多个参数755。参数755可以用于配置FIR滤波器等。FIR滤波器模块730可以配置成接受多个去抖动的信号715a-j、一个或多个重采样时钟信号720、时钟信号3、其组合、或类似物，并且配置成产生多个经滤波的中间信号735a-m。FIR滤波器可以并行设置，分别作用在相关联的去抖动的信号715a-j上，或者可以配置为MMO滤波器，适于同时作用在若干去抖动的信号715a-j上。经滤波的中间信号735a-m通常是相关联的去抖动的信号715a-j的重采样的和经滤波的版本。FIR滤波器模块可以配置成提供这样的重采样功能性，而不显著地给信号带来相位失真。
[0096]线性内插单元740a_m可以配置成接受经滤波的中间信号735a_m、重采样时钟信号720和时钟信号3、其组合、或类似物。线性内插单元740a-m可以配置成根据期望的输出采样率来生成多个重采样的输出信号750a-n。线性内插单元740a_m可以包括一个或多个三角积分环，用于提供内插功能。
[0097]示例:
[0098]在一个非限制性的示例中，交叉使能单元包括FIFO缓冲器，适于存储16个连续的样本。交叉使能单元包括对每一个输入样本之间的时钟周期的数量进行计数的计数器，因而形成根据输入采样率更新的计数差异信号。计数器发送计数差异信号到FIFO缓冲器。可以将对应于相关联的计数差异采样的输入样本一起存储在FIFO缓冲器内。这可以用于随着信号经过交叉使能单元信号队列而保持一切的同步。
[0099]取平均部件包括8阶滑动平均滤波器，以从存储在FIFO缓冲器中的连续的计数差异采样中计算平均计数差异值。因而，取平均部件的输出是稳定的计数差异信号，表示时钟信号采样率和平均输入采样率之间的差。接着将平均计数差异信号输入到第一三角积分环。第一三角积分环根据平均去抖动的采样率接受计数差异信号，结合期望的重采样率，以形成暂时纠正值。在这一非限制性的示例中，交叉使能单元产生具有16x平均输入采样率的采样率的第一重采样时钟信号、具有512x平均输入采样率的采样率的第二重采样时钟信号，以及具有1x平均输入采样率的采样率的去抖动时钟信号。因而，三角积分环暂时纠正值通过将平均计数差异值除以512(在这一情况下，9比特的比特移位)来形成。
[0100]暂时纠正值的整数和余数部分在第一三角积分环中分离。将暂时纠正值的整数部分发送到重采样时钟生成器，其使用这一值来在512X重采样时钟信号的连续的样本之间插入适当数量的时钟周期。维持暂时纠正值的余数部分并且将其接连地添回到暂时纠正值，以维持完美的转换。重采样时钟生成器对每512x重采样时钟信号的样本提供一次反馈给第一三角积分环，使得触发第一三角积分环的迭代。
[0101]重采样时钟生成器从暂时纠正值和时钟信号中构造一个或多个重采样时钟信号。在这一非限制性的示例中，重采样时钟生成器形成512X重采样时钟信号以及16x和Ix重采样时钟信号。16x和1x重采样时钟信号经由对512x重采样时钟信号的抽取来形成。Ix重采样时钟信号是去抖动的时钟信号并且可以用作采样率转换器内的反馈，使得以基本上稳定的采样率来触发每一个部件中的事件。
[0102]继续这一非限制性的示例，FIR滤波器模块接受lx、16x、以及重采样时钟信号，连同去抖动的信号。FIR滤波器模块包括低通多相位FIR滤波器,其将去抖动的信号向上米样到16x重采样率。
[0103]N阶L-分支多相FIR滤波器传递函数可计算如下:
[0104]
【权利要求】
1.一种采样率转换器，用于将输入信号转换为重采样的输出信号，包括: -用于生成时钟信号的时钟源和/或用于接受时钟信号的装置； -计数器，其配置成根据时钟信号和输入信号生成计数差异信号； -第一三角积分单元，其配置成根据计数差异信号计算暂时纠正值； -重采样时钟生成器，其配置成根据暂时纠正值生成一个或多个重采样时钟信号；以及 -第二三角积分单元，其配置成根据输入信号和一个或多个重采样时钟信号生成重采样的输出信号。
2.根据权利要求1所述的采样率转换器，包括FIFO缓冲器，所述FIFO缓冲器连接到计数器和输入信号，并配置成存储计数差异信号和输入信号的连续样本。
3.根据权利要求2所述的采样率转换器，包括FIFO填充控制器，所述FIFO填充控制器连接到重采样时钟生成器和FIFO缓冲器，并配置成将FIFO缓冲器的填充水平控制在大致的期望的目标填充水平。
4.根据前述任一项权利要求所述的采样率转换器，包括:取平均部件，所述取平均部件连接到计数器或FIFO缓冲器以及第一三角积分环，并配置成根据计数差异信号计算平均计数差异信号，第一三角积分环配置成接受平均计数差异信号。
5.根据权利要求4所述的采样率转换器，其中，取平均部件包括滑动平均滤波器，其配置成计算平均计数差异信号。
6.根据前述任一项权利要求所述的采样率转换器，其中，重采样时钟生成器配置成对输入信号重采样以形成具有大致稳定的采样率的去抖动的信号。
7.根据前述任一项权利要求所述的采样率转换器，包括连接到重采样时钟生成器和第二三角积分环的低通滤波器，低通滤波器配置成接受重采样时钟信号中的一个或多个和输入信号或去抖动的信号，并且配置成计算经滤波的中间信号，第二三角积分环配置成接受经滤波的中间信号。
8.根据权利要求7所述的采样率转换器，其中低通滤波器是低通多相FIR滤波器。
9.一种采样率转换器，用于将输入信号转换为重采样的输出信号，包括: -时钟源和/或用于接受时钟信号的装置； -交叉使能单元，其配置成根据输入信号和时钟信号生成一个或多个重采样时钟信号和去抖动的信号；以及 -线性内插单元，其配置成根据去抖动的信号、时钟信号、以及一个或多个重采样时钟信号生成重米样的输出信号。
10.根据权利要求9所述的采样率转换器，包括FIR滤波器模块，所述FIR滤波器模块包括低通滤波器，FIR滤波器模块配置成根据去抖动的信号、时钟信号、以及一个或多个重采样时钟信号生成经滤波的中间信号，线性内插单元配置成接受经滤波的中间信号。
11.根据权利要求10所述的采样率转换器，其中包括在FIR滤波器模块中的低通滤波器是低通多相FIR滤波器。
12.根据权利要求10或11所述的采样率转换器，其中FIR滤波器模块包括限制器，其配置成防止经滤波的中间信号的溢出。
13.根据权利要求9-12中的任一项所述的采样率转换器，其中交叉使能单元包括:-计数器，其配置成根据时钟信号和输入信号生成计数差异信号； -第一三角积分单元，其配置成根据计数差异信号计算暂时纠正值；以及 -重采样时钟生成器，其配置成根据暂时纠正值生成所述一个或多个重采样时钟信号。
14.根据权利要求13所述的采样率转换器，交叉使能单元进一步包括FIFO缓冲器，其配置成存储计数差异信号和输入信号的样本，并且配置成释放样本到第一三角积分环。
15.根据权利要求9-12中的任一项所述的采样率转换器，其中交叉使能单元包括: -计数器，其配置成根据时钟信号和输入信号生成计数差异信号； -取平均部件，其配置成根据计数差异信号生成平均计数差异信号； -第一三角积分单元，其配置成根据平均计数差异信号计算暂时纠正值；以及 -重采样时钟生成器，其配置成根据暂时纠正值生成所述一个或多个重采样时钟信号。
16.根据权利要求15所述的采样率转换器，交叉使能单元进一步包括FIFO缓冲器，其配置成存储计数差异信号和输入信号的样本，并且配置成释放样本到取平均部件。
17.根据权利要求15或16所述的采样率转换器，其中取平均部件包括滑动平均FIR滤波器，其配置成至少部分地计算平均计数差异信号。
18.根据权利要求9-17中的任一项所述的采样率转换器，其中线性内插单元包括三角积分单元，所述三角积分单元配置成计算重采样的输出信号。
19.一种用于根据一个或多个输入信号和时钟信号生成一个或多个具有期望的采样率的重采样的输出信号的方法，包括: -根据输入信号和时钟信号计算计数差异信号，计数差异信号涉及时钟信号和输入信号之间的采样率的差； -根据计数差异信号生成暂时纠正信号，暂时纠正信号对应期望的采样率的至少一部分； -使用暂时纠正信号来计算一个或多个重采样时钟信号；以及-根据对应于一个或多个重采样时钟信号的采样率来对输入信号进行内插，以形成重米样的输出信号。
20.根据权利要求19所述的方法，包括在计算暂时纠正信号之前对计数差异信号进行滤波。
21.根据权利要求19或20所述的方法，其中至少部分地通过使用第一三角积分环来完成生成暂时纠正信号的步骤。
22.根据权利要求19-21中的任一项所述的方法，其中至少部分地通过使用第二三角积分环来完成对输入信号进行内插的步骤。
23.根据权利要求19-22中的任一项所述的方法，包括添加非周期的信号到计数差异信号中的步骤。
24.一种用于处理音频流的音频处理器，包括根据权利要求1-18中的任一项所述的采样率转换器，该采样率转换器配置 成对音频流进行重采样。
25.使用根据权利要求1-18中的任一项所述的采样率转换器来处理音频流、数据流和/或视频流的用途。
【文档编号】H03H17/06GK103907287SQ201280052835
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2012年10月25日 优先权日:2011年10月25日
【发明者】埃里克·林达尔, 帕埃尔·贡纳斯·里斯贝里 申请人:Actiwave公司