一种无损播放的DSD信号解码系统及方法与流程

本发明涉及音频信号处理领域，特别是涉及一种无损播放的DSD信号解码系统。

背景技术：

名词解释：

DSD：全称Direct Stream Digital，直接比特流数字；

DAC：全称Digital to analog converter，数字模拟转换器；

PCM：全称Pulse Code Modulation，脉冲编码调制；

PDM：全称Pulse Density Modulation，脉冲密度调制；

SDM：全称Sigma Delta Modulator，Σ-Δ调制器；

PSD：Power Spectral Density，功率谱密度；

SNDR：信号-失真噪声比；

ENOB：有效位数。

DSD信号由于是1-bit的PDM调制信号，因此无法直接对该信号进行编辑和处理，比如对DSD信号进行数字音量调节处理等，这样在DSD播放的时候就会显得很不方便。

在已有的设计中，有一种解码方式是将DSD信号直接通过模拟低通滤波器转换成模拟信号，实现DSD信号的播放，但是在此种方式下无法进行数字音量调节，播放体验差。另外，如图1所示，还有一种解码方式是将DSD信号通过抽取滤波器转换成PCM信号，然后对PCM信号进行数字音量调节及音效处理，最后将PCM信号通过Σ-Δ调制器以及DAC转换成模拟信号，最终达到DSD信号的数字音量调节以及音效处理，并实现DSD信号播放的目的。虽然可以实现DSD信号的数字音量调节、音效处理以及DSD信号播放，但是存在以下两个缺点：（1）、对DSD信号进行抽取滤波和插值滤波，改变了信号的采样率，大大的增加了系统的群延时，会引起时域的失真。（2）、抽取滤波器和插值滤波器会消耗大量的硬件资源，造成成本过高。因此，目前缺乏有效的对DSD信号进行调节、解码播放的方案。

技术实现要素：

为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种可以直接对DSD信号进行调节、解码的无损播放的DSD信号解码系统，本发明的另一目的是提供一种无损播放的DSD信号解码方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种无损播放的DSD信号解码系统，包括：DSD音频接口、IIR数字低通模块、数字音量调节器、Σ-Δ调制器和DAC，所述DSD音频接口的输入端接入DSD信号，输出端依次通过IIR数字低通模块、数字音量调节器、Σ-Δ调制器后与DAC的输入端连接，所述DAC的输出端输出解码后的播放信号，所述IIR数字低通模块用于将1Bit DSD信号转化为多Bit DSD信号并对其进行低通滤波。

进一步，所述IIR数字低通模块包括用于将1Bit DSD信号转化为多Bit DSD信号的量化器以及用于对多Bit DSD信号进行低通滤波的IIR滤波器。

进一步，所述IIR滤波器采用贝塞尔滤波器。

进一步，所述贝塞尔滤波器的系数为：

A = [8388607 -23381869 21753238 -6754661]；

B = [0 2754 2562 0]。

本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是：

一种无损播放的DSD信号解码方法，包括以下步骤：

获取待播放的1Bit DSD信号；

将1Bit DSD信号量化为多Bit DSD信号，并对其进行低通滤波；

对低通滤波后的多Bit DSD信号进行数字音量调节；

对调节后的多Bit DSD信号进行噪声调制整形；

将整形后的信号转换为模拟信号并输出。

进一步，所述将1Bit DSD信号量化为多Bit DSD信号，并对其进行低通滤波的步骤中，采用IIR滤波器对信号进行低通滤波。

本发明的有益效果是：本发明的一种无损播放的DSD信号解码系统，包括：DSD音频接口、IIR数字低通模块、数字音量调节器、Σ-Δ调制器和DAC， DSD音频接口的输入端接入DSD信号，输出端依次通过IIR数字低通模块、数字音量调节器、Σ-Δ调制器后与DAC的输入端连接， DAC的输出端输出解码后的播放信号，IIR数字低通模块用于将1Bit DSD信号转化为多Bit DSD信号并对其进行低通滤波。本系统通过IIR数字低通模块对DSD信号进行滤波，同时将1-Bit DSD信号无损失的量化成多Bit DSD信号，然后对量化后的多Bit DSD信号进行数字音量调节，没有采样率转换的过程，可以无损地实现DSD信号的音量调节及音效处理等操作，并且硬件消耗更少，实现成本低。

本发明的另一有益效果是：本发明的一种无损播放的DSD信号解码方法，包括以下步骤：获取待播放的1Bit DSD信号；将1Bit DSD信号量化为多Bit DSD信号，并对其进行低通滤波；对低通滤波后的多Bit DSD信号进行数字音量调节；对调节后的多Bit DSD信号进行噪声调制整形；将整形后的信号转换为模拟信号并输出。本方法可以无损地实现DSD信号的音量调节及音效处理等操作，并且硬件消耗更少，实现成本低。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是现有技术的DSD信号的解码播放方案的结构框图；

图2是本发明的一种无损播放的DSD信号解码系统的结构框图；

图3是本发明的一种无损播放的DSD信号解码系统的IIR数字低通模块的结构款图；

图4是本发明的一种无损播放的DSD信号解码系统的IIR滤波器的频率响应图；

图5是本发明的一种无损播放的DSD信号解码系统的IIR滤波器的输入输出信号频谱对比图；

图6是现有技术中的抽取滤波器的频率响应图；

图7是现有技术中的插值滤波器的频率响应图。

具体实施方式

参照图2，本发明提供了一种无损播放的DSD信号解码系统，包括：DSD音频接口、IIR数字低通模块、数字音量调节器、Σ-Δ调制器和DAC，所述DSD音频接口的输入端接入DSD信号，输出端依次通过IIR数字低通模块、数字音量调节器、Σ-Δ调制器后与DAC的输入端连接，所述DAC的输出端输出解码后的播放信号，所述IIR数字低通模块用于将1Bit DSD信号转化为多Bit DSD信号并对其进行低通滤波。

进一步作为优选的实施方式，所述IIR数字低通模块包括用于将1Bit DSD信号转化为多Bit DSD信号的量化器以及用于对多Bit DSD信号进行低通滤波的IIR滤波器。

进一步作为优选的实施方式，所述IIR滤波器采用贝塞尔滤波器。

进一步作为优选的实施方式，所述贝塞尔滤波器的系数为：

A = [8388607 -23381869 21753238 -6754661]；

B = [0 2754 2562 0]。

本发明还提供了一种无损播放的DSD信号解码方法，包括以下步骤：

获取待播放的1Bit DSD信号；

将1Bit DSD信号量化为多Bit DSD信号，并对其进行低通滤波；

对低通滤波后的多Bit DSD信号进行数字音量调节；

对调节后的多Bit DSD信号进行噪声调制整形；

将整形后的信号转换为模拟信号并输出。

进一步作为优选的实施方式，所述将1Bit DSD信号量化为多Bit DSD信号，并对其进行低通滤波的步骤中，采用IIR滤波器对信号进行低通滤波。

以下结合具体实施例对本发明做详细说明。

实施例一

如图2所示，一种无损播放的DSD信号解码系统，包括：DSD音频接口、IIR数字低通模块、数字音量调节器、Σ-Δ调制器和DAC，DSD音频接口的输入端接入DSD信号，输出端依次通过IIR数字低通模块、数字音量调节器、Σ-Δ调制器后与DAC的输入端连接，DAC的输出端输出解码后的播放信号，IIR数字低通模块用于将1Bit DSD信号转化为多Bit DSD信号并对其进行低通滤波。图2中，DCLK、DSDL、DSDR是指输入DSD信号的端口。

其工作原理如下：通过DSD音频接口接收DSD音频信号，并将接收到的DSD信号送入IIR数字低通模块进行多Bit量化以及低通滤波，然后将量化滤波后的多Bit DSD信号经过数字音量调节器进行数字音量处理，然后将音量调节后的信号经过Σ-Δ调制器进行噪声调制整形，最后将调制后的信号经过DAC转换成模拟信号，从而实现了DSD信号的数字音量调节和播放功能。

图3是本发明采用的IIR数字低通模块的结构图，包括用于将1Bit DSD信号转化为多Bit DSD信号的量化器以及用于对多Bit DSD信号进行低通滤波的IIR滤波器。首先通过量化器将1Bit DSD信号直接转化成32Bit DSD信号然后通过IIR滤波器进行低通滤波。本实施例为保证线性相位，采用贝塞尔滤波器。本实施例采用的贝塞尔滤波器的系数如下：

A = [8388607 -23381869 21753238 -6754661]；

B = [0 2754 2562 0]。

在该系数下，滤波器的频率响应如图4所示，其在通带内的群延时为27.71，为线性相位。其硬件消耗情况如下：

乘法器数量：6

加法器数量：4

状态器数量：3

每个输入样本的乘法次数：6

每个输入样本的加法次数：4

通过仿真器对IIR滤波器进行仿真，获得其输入输出信号频谱对比如图5所示，图5中，左侧为滤波器的输入信号的频谱，右侧为滤波器的输出信号的频谱。

而现有技术中，采用的抽取滤波器的频率响应如图6所示，其在通带内的群延时为1149.6，也为线性相位。其硬件资源消耗情况如下：

乘法器数量：50

加法器数量：57

状态器数量：86

每个输入样本的乘法次数：2.0156

每个输入样本的加法次数：6.2813

插值滤波器的频响如图7所示，在通带内的群延时为1916，并且是线性相位。硬件资源消耗情况如下：

乘法器数量：96

加法器数量：91

状态器数量：64

每个输入样本的乘法次数：136

每个输入样本的加法次数：127

由此可知，与图1中提到的方案相比，本方案需要的硬件资源大大降低，而且群延时较小，在成本与信号的质量上有巨大的优势。

总的来说，本实施例通过IIR数字低通模块对DSD信号进行滤波，同时将1-Bit DSD信号无损失的量化成多Bit DSD信号，然后对量化后的多Bit DSD信号进行数字音量调节，本方案由于没有采样率转换的过程，所以可以无损地实现DSD信号的音量调节及音效处理等操作，并且IIR滤波器的硬件消耗会比现有技术中抽取滤波器+插值滤波器的方案实现的硬件消耗更少，实现成本更低。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。