噪声整形可变量化器的制作方法

本公开涉及信号处理领域，并且更具体地涉及信号处理电路，在不引起本领域中称为“爆裂”的瞬态可闻现象的情况下，该信号处理电路在重新量化期间利用可变缩放来减少量化噪声和增加动态范围可闻。

背景技术：

1、以下背景提供了具体示例以示出与量化相关的问题，应当理解，本公开本身决不限于在该背景中提供的示例的类型和上下文。

2、现在参考图1描述第一现有技术的信号处理链1。信号处理链1包括发射器部分(例如，噪声整形量化器)2和接收器部分15(例如，数模转换器dac)。

3、噪声整形量化器2包括接收噪声整形输入信号nshin的噪声整形滤波器3。噪声整形滤波器3执行滤波并且利用误差反馈产生量化器输入信号quantizerinput。量化器4接收量化器输入信号quantizerinput并且执行重新量化以产生噪声整形输出信号nshout。接收器15可以将单个固定因子α应用于噪声整形输出信号nshout。

4、量化器4包括求和器5，在除法器6中除以固定因子γ之前，抖动信号dither_in通过求和器5被注入量化器输入信号quantizerinput。截断电路7对除法器6的输出进行操作，从而导致数据损失，例如通过舍入(rounding)、饱和(saturation)或引入其它非线性，从而产生噪声整形输出信号nshout。反馈乘法器8将噪声整形输出信号nshout乘以相同的固定因子γ，以产生提供给噪声整形滤波器3的量化器输出信号quantizeroutput。将固定因子γ设置为针对噪声整形输入信号nshin的期望值的最小足够值。然而，这表示，在噪声整形输入信号nshin的某些值处，因子γ高于严格必要的，结果是动态范围低于其可能范围。

5、已经有人试图校正这个问题。现在参考图2，图2示出了第二现有技术的信号处理链1′(其全部细节可以在美国专利第7,239,258号中找到，其通过引用整体并入本文)。音频重放电路1′内的音频信号中的量化噪声是由噪声整形电路4中发生的重新量化产生的残余低功率和高频信号。当音频信号低于给定阈值时，可以在由噪声整形器4进行噪声整形之前，以可调节因子ρ缩放噪声整形输入信号nshin，同时保持以固定缩放因子1/γ执行的量化，以降低量化噪声并且增加动态范围。该缩放由乘法电路21执行，乘法电路21以可调节因子ρ缩放输入音频信号以产生噪声整形输入信号nshin。动态范围优化(dyro)控制电路14动态地控制可调节因子ρ，以试图使动态范围最大化，并且相应地以可调节因子α(例如，可调节缩放因子)补偿接收器15。然而，由噪声整形器4′内的误差反馈布置产生的乘法导致在反馈中注入瞬态干扰，并且该瞬态干扰传播到输出信号，在输出信号中它表现为本领域中称为“爆裂”的瞬态可闻现象。

6、这可以在图3所示的音频回放电路1的操作的曲线图中观察到，其中可以观察到来自噪声整形电路4的输出中的瞬态干扰(标记为o_nsh)、在重新量化之后但在滤波之前的噪声整形电路4中的信号中的瞬态干扰(标记为o_prefilt)、以及噪声整形电路4内的滤波器的输出中的瞬态干扰(标记为o_filt)，例如由标记为itu的itu滤波器的输出所示。可以理解，这种爆裂是不希望的，因为这种爆裂是人的耳朵可闻的。

7、因此，进一步的发展是需要的。

技术实现思路

1、本文公开了一种包括发射器部分的信号处理电路。发射器部分包括噪声整形器和量化器，噪声整形器接收噪声整形输入信号和量化器输出信号，噪声整形器被配置为基于噪声整形输入信号和量化器输出信号生成量化器输入信号，量化器接收量化器输入信号并且被配置为将量化器输入信号除以缩放因子以产生噪声整形输出信号并且将噪声整形输出信号乘以缩放因子以产生量化器输出信号。

2、信号处理电路还包括接收器部分，接收器部分包括接收噪声整形输出信号的接收器电路和动态范围优化电路，接收器电路被配置为以第二缩放因子缩放量化器输出信号。动态范围优化电路被配置为确定噪声整形输入信号的绝对值是否小于阈值、响应于噪声整形输入信号的绝对值小于阈值而降低缩放因子，以及响应于噪声整形输入信号的绝对值小于阈值，与缩放因子的降低成比例地减小第二缩放因子，使得缩放因子与第二缩放因子之间的比率基本保持恒定。

3、动态范围优化电路还被配置为响应于噪声整形输入信号的绝对值大于阈值而增加缩放因子，并且响应于噪声整形输入信号的绝对值大于阈值，与缩放因子的增加成比例地增加第二缩放因子，使得缩放因子与第二缩放因子之间的比率基本保持恒定。

4、抖动生成器可以被配置为生成具有由缩放因子定义的范围的抖动信号，并且发射器部分可以包括被配置为在由量化器对量化器输入信号进行量化之前将抖动信号注入量化器输入信号的求和电路。

5、量化器可以在量化器输入信号除以缩放因子之后将截断应用于量化器输入信号。

6、缩放因子可以是2的幂。

7、量化器输入信号和量化器输出信号可以是数字的，并且量化器可以以数字方式实现。

8、量化器输入信号和量化器输出信号可以是模拟的，并且量化器可以以模拟方式实现，量化器包括模数转换器(adc)和数模转换器(dac)，该adc接收量化器输入信号并且数字化量化器输入信号以产生噪声整形输出信号，使得噪声整形输出信号以缩放因子被缩放，该dac接收噪声整形输出信号并且转换噪声整形输出信号以产生量化器输出信号，使得量化器输出信号乘以缩放因子。

9、接收器部分可以以数字方式实现。

10、接收器部分可以以模拟方式实现。

11、噪声整形器可以包括被配置为从噪声整形输入信号中减去误差信号以产生量化器输入信号的输入求和器、被配置为从量化器输出信号中减去量化器输入信号以产生中间输出的误差求和器、以及被配置为将噪声整形滤波器函数应用于中间输出以产生误差信号的噪声整形滤波器。

12、噪声整形器可以包括∑-δ调制器，该∑-δ调制器接收噪声整形输入信号和量化器输出信号作为输出，并且对其应用两输入一输出滤波以产生量化器输入信号。两输入一输出滤波可以具有以下传递函数：

13、y(z)＝l0(z)u(z)-l1(z)v(z)，

14、其中噪声整形输入信号是u(z)，并且量化器输出信号是v(z)。

15、噪声整形信号的绝对值可以根据噪声整形输入信号的当前值来确定。

16、本文中还公开了一种信号处理方法，该方法包括基于噪声整形输入信号和量化器输出信号生成量化器输入信号，将量化器输入信号除以缩放因子以产生噪声整形输出信号，并且将噪声整形输出信号乘以缩放因子以产生量化器输出信号。该方法还包括以第二缩放因子缩放量化器输出信号，确定噪声整形输入信号的绝对值是否小于阈值，响应于噪声整形输入信号的绝对值小于阈值而降低缩放因子，以及响应于噪声整形输入信号的绝对值小于阈值，与缩放因子的降低成比例地减小第二缩放因子，使得缩放因子与第二缩放因子之间的比率基本保持恒定。

17、该方法还可以包括通过响应于噪声整形输出信号而选择性地将电流源和电流宿与差分输出连接或断开连接来至少从噪声整形输出信号生成模拟输出信号(电流源和电流宿以第二缩放因子被缩放)，放大模拟输出信号，以及用模拟输出信号驱动扬声器。缩放因子和第二缩放因子的彼此成比例的调节可以用于防止由于缩放因子调节而导致的瞬变出现在噪声整形输出信号中并且因此导致由扬声器播放可闻爆裂声。

18、该方法可以包括响应于噪声整形输入信号的绝对值大于阈值而增加缩放因子，并且响应于噪声整形输入信号的绝对值大于阈值，与缩放因子的增加成比例地增加第二缩放因子，使得缩放因子与第二缩放因子之间的比率基本保持恒定。

19、该方法可以包括生成具有由缩放因子定义的范围的抖动信号，以及在量化器输入信号的量化之前将抖动信号注入量化器输入信号中。

20、该方法可以包括在量化器输入信号除以缩放因子之后将截断应用于量化器输入信号。

21、缩放因子可以是2的幂。