用于限幅检测和信号修改的系统和方法

摘要

用于检测音频信号中限幅状态并且处理所说信号以缓解限幅状态的系统和方法。在一个实施例中，系统包括噪声整形器、调制器、输出级、和其它部件。检测器检测噪声整形器中的限幅，信号处理器根据从检测器接收的反馈处理输入到噪声整形器的音频信号。信号处理器可以操作以便在响应由检测器检测的不同的状态时以不同的方式修改输入音频信号。可以包括一个滤波器以滤波检测器的输出，而后将其提供给信号处理器。在滤波器和信号处理器之间可以耦合标记电路以便一直到信号处理器复位标记电路之前确认输出信号。

权利要求

1.一种用于检测音频信号中的限幅状态和处理所述信号以缓和限幅状态的系统，包括：一个限幅阻止单元，其配置成接收数字脉冲编码调制音频信号和执行对于所述数字脉冲编码调制音频信号的选择性修改；

一个噪声整形器，其配置成接收由所述限幅阻止单元输出的所述数字脉冲编码调制音频信号的选择性修改的版本，并执行噪声整形处理，包括对由所述限幅阻止单元输出的所述数字脉冲编码调制音频信号的所述选择性修改的版本进行再量化，以生成处理的数字音频信号，以及将所述处理的数字音频信号中的量化噪声移出音频频带；

其中，所述噪声整形器包括执行再量化的量化器；以及

其中，所述限幅阻止单元包括：

一个检测器，其连接至所述噪声整形器，并配置成当提供给所述噪声整形器中的所述量化器的音频信号的值处于指定的值范围之外时，检测限幅状态；

一个信号处理器，其配置成接收来自所述检测器的反馈信号；

其中，所述反馈信号指示何时提供给所述噪声整形器中的所述量化器的音频信号的值处于指定的值范围之外；

其中，所述信号处理器配置成响应于从连接于所述噪声整形器的所述检测器接收的所述反馈信号，通过在所述数字脉冲编码调制音频信号的一个或更多值被提供给所述噪声整形器之前，选择性修改所述数字脉冲编码调制音频信号的一个或更多值，从而来选择性修改所述限幅阻止单元所接收的所述数字脉冲编码调制音频信号；

其中，所述信号处理器配置成以各种不同的方法修改数字脉冲编码调制音频信号；

其中，所述信号处理器修改数字脉冲编码调制音频信号的具体方法取决于从连接于所述噪声整形器的所述检测器接收的所述反馈信号。

2.权利要求1的系统，其中：所述系统包括数字音频放大器的一个或多个部件。

3.权利要求1的系统，其中：所述信号处理器配置来修改数字脉冲编码调制音频信号的所述各种不同的方法之一是：通过在将所述数字脉冲编码调制音频信号的一个或更多值提供给所述噪声整形器之前，将所述数字脉冲编码调制音频信号的所述一个或更多值限制到指定的值范围。

4.权利要求3的系统，其中：所述信号处理器配置来修改数字脉冲编码调制音频信号的所述各种不同的方法中的另一种是：通过压缩所述数字脉冲编码调制音频信号。

5.权利要求4的系统，其中：将所述信号处理器配置成可以通过只压缩所述音频信号的超过阈值电平的一个部分来修改所述音频信号。

6.权利要求1的系统，进一步还包括耦合在所述检测器和所述信号处理器之间的滤波器，其中将所述滤波器配置成可以对所述检测器的反馈信号进行滤波。

7.权利要求6的系统，其中：所述滤波器包括一个计数器，对于确认所述滤波器的输出信号的每个时钟周期所述计数器加1，对于不确认所述滤波器的输出信号的每个时钟周期所述计数器复位。

8.权利要求7的系统，其中：将所述滤波器配置成可以在所述计数器达到阈值电平时确认所述经过滤波的输出信号。

9.权利要求6的系统，进一步还包括耦合在所述滤波器和所述信号处理器之间的标记电路，其中：所述标记电路配置成可以接收所述经过滤波的反馈信号，并且，如果所述经过滤波的反馈信号处在确认状态，则保持所述经过滤波的反馈信号在确认状态，一直到所述标记电路由所述信号处理器复位时为止。

10.一种提高用于数字音频放大器中的噪声整形器的稳定性的方法，所述方法包括：接收数字脉冲编码调制音频信号；

选择性修改所述数字脉冲编码调制音频信号；

将所述数字脉冲编码调制音频信号的选择性修改版本提供至所述噪声整形器；

使用所述噪声整形器执行噪声整形处理，包括对所述数字脉冲编码调制音频信号的选择性修改版本进行再量化，以生成处理的音频信号，以及将所述处理的音频信号中的量化噪声移出音频频带，其中所述噪声整形器使用量化器来执行所述再量化；以及当提供给所述噪声整形器中的所述量化器的音频信号的值处于指定的值范围之外时，检测在所述噪声整形器中的所述音频信号的限幅状态；

其中，响应于限幅状态的检测而选择性地修改所述数字脉冲编码调制音频信号；

其中，选择性地修改所述数字脉冲编码调制音频信号包括：在所述数字脉冲编码调制音频信号的一个或更多个值被提供给所述噪声整形器之前，修改所述数字脉冲编码调制音频信号的所述一个或更多个值；

其中，选择性地修改所述数字脉冲编码调制音频信号能够以各种不同的方法来执行；

以及

其中，选择性地修改所述数字脉冲编码调制音频信号包括：依赖于所检测的限幅状态的程度，选择所述各种不同方法中的一种。

11.权利要求10的方法，其中：在数字音频放大器中放大由所述噪声整形器输出的所述音频信号。

12.权利要求10的方法，其中：修改所述音频信号的所述各种不同方法中的一种包括：在将所述数字脉冲编码调制音频信号的一个或更多值提供给所述噪声整形器之前，将所述数字脉冲编码调制音频信号的所述一个或更多值限制到指定的值范围。

13.权利要求12的方法，其中：修改所述数字脉冲编码调制音频信号的所述各种不同方法中的另一种包括：压缩所述数字脉冲编码调制音频信号。

14.权利要求13的方法，其中：修改所述音频信号包括仅压缩所述音频信号的超过阈值电平的一部分。

15.权利要求10的方法，进一步还包括：滤波与检测的限幅状态对应的反馈信号，其中：响应所述限幅状态的检测修改所述音频信号包括响应所述经过滤波的反馈信号修改所述音频信号。

16.权利要求15的方法，其中：滤波所述反馈信号包括响应所述反馈信号的确认使计数器加1，并且响应所述反馈信号的不确认使计数器复位。

17.权利要求16的方法，其中：滤波所述反馈信号还包括当所述计数器达到阈值电平时确认所述经过滤波的反馈信号。

18.权利要求15的方法，进一步还包括：如果确认所述经过滤波的反馈信号，则保持所述经过滤波的反馈信号的确认状态，一直到响应所述经过滤波的反馈信号修改所述音频信号时为止。

说明书

用于限幅检测和信号修改的系统和方法

[0001] 技术领域

[0002] 本发明的实施方式涉及用于检测音频信号中的限幅状态和处理所述信号以缓和限幅状态的系统和方法。

[0003] 背景技术

[0004] 脉冲宽度调制(PWM)或D类信号放大技术已经存在许多年了，然而，随着开关模式电源(SMPS)的蓬勃发展变得更加流行。由于这项技术的出现，在将脉冲宽度调制应用到信号放大应用方面有了越来越大的兴趣。这至少部分地是通过使用D类功率输出拓朴结构代替传统的(线性的AB类)功率输出拓朴结构能够实现的显著的效率改进的结果。

[0005] 开发信号放大应用的早期尝试对于放大使用了在早期开关模式电源中使用过的相同的处理方法。更加具体地说，这些尝试使用了模拟的调制方案，这样的调制方案导致极低的性能应用。这些应用实施起来极其复杂和昂贵。因此，这些方案没有得到广泛的采纳接受。因此，在主流放大器应用中D类技术的现有技术的模拟实施方案不能代替传统的AB类放大器。

[0006] 最近，数字脉冲宽度调制方案已经浮出水面。这些方案使用∑-Δ调制技术产生用在新型数字D类实施方案中的脉冲宽度调制信号。然而，这些数字脉冲宽度调制方案对于消除脉冲宽度调制器集成在总的放大器解决方案中的主要障碍的贡献甚微。因此，在主流应用中D类技术仍旧不能代替传统的AB类放大器。

[0007] 在当前的脉冲宽度调制放大器系统中存在的问题之一是，不能很容易地控制对于音频信号的处理以实现优化的性能。使用图1的示意图可以说明这个问题。图1是说明现有技术的数字脉冲宽度调制放大通道的某些基本部件的一个方块图。如图1所示，放大通道100的部件包括：噪声整形器110、调制器120、和 输出级130。

[0008] 高精度脉冲编码调制(PCM)音频数据(通常16比特或其以上比特宽)被输入到噪声整形器110，在这里对所说数据进行量化。在一般情况下，将这个数据量化成约为5-10比特。然后将噪声整形器110的量化输出输入到调制器120，调制器120将脉冲编码调制(PCM)数据编译成脉冲宽度调制(PWM)数据。在一般情况下，由调制器120产生的数据包括高端信号和低端信号。使用这些信号来驱动输出级130的高端和低端场效应晶体管(FET)，输出级130产生放大的脉冲宽度调制信号。通常，要对提供给输出级130的信号进行低通滤波处理以清除高频噪声。

[0009] 现在参照附图2，其中表示说明按照现有技术的噪声整形器结构的功能方块图。从图2可以看出，噪声整形器110由量化器210和滤波器220构成。包括脉冲编码调制音频数据的输入数据流与由滤波器220产生的滤波器数据组合在一起。将滤波器220的传输函数被设计成可以滤除输入数据流和输出数据流之间的差，以便衰减量化器在音频频带中产生的噪声并且放大较高频率的噪声。将量化器210被设计成可以通过映射所说数据为分立数目的输出值来处理所说组合数据。由此，量化器210可以实现舍入功能(即，将接收的脉冲编码调制数据舍入成最接近的量化值)和限幅功能(即，将在量化范围之外的接收的脉冲编码调制数据映射成可以表达的最大或最小值)。

[0010] 当量化器210的输入超过量化范围值时，量化器限幅所说的数据。量化器210的最终输出类似于在普通的模拟放大器中的限幅，其中要从信号上除掉峰值。这样就改变了由数据代表的音频信号并且产生了可能是可以听到的音频假象。对量化器210接收的信号的这样的限幅还可能引起量化误差。量化误差是量化器210的输入和量化器210的输出之间的差。当量化器210对于信号进行限幅的时候，量化误差增加。量化误差可能在噪声整形器中产生不稳定性，并且可能产生其它不期望的可听得见的影响。

[0011] 按传统方式，解决在噪声整形器中通过限幅所说信号引起的问题的方法是，使用与量化器分开的限幅电路限幅输入信号而后再将其输入到噪声整形器。要对 限幅电路进行配置，以便将信号限幅在低于噪声整形器中量化器的限幅电平的电平。虽然这的确缓解了量化误差问题，若不然由于量化器的限幅可能会产生量化误差，但是却没有根本消除由于限幅引起的信号的畸变，并且，甚至于还可能使问题恶化，这是因为限幅电路的限幅信号电平比量化器低的缘故。换另一种方式看，使用限幅电路会产生不期望的效果：限制了输出的最大范围(调制指数)，这不是绝对必要的。

[0012] 发明内容

[0013] 以上概括的一个或多个问题可以通过本发明的各种不同的实施例来解决。广义地说，本发明包括用于检测音频信号中的限幅状态以及处理所说信号以缓和限幅状态的系统和方法。

[0014] 本发明的一个实施例包括：用于缓和现有技术系统的某些问题的一个系统，在这里，不是将输入音频信号限幅到一个固定的电平，而是使用可变的方式处理输入音频信号。例如，在某些时刻可以限幅所说输入音频信号，在另外一些时刻可以压缩所说输入音频信号，而在其它时刻全然不改变所说的输入音频信号。

[0015] 一个实施例包括一个系统，所说系统包括一个检测器和一个信号处理器，所说检测器被配置成可以检测音频信号中的限幅状态，所说信号处理器可以接收来自检测器的反馈信号，在这里，可将信号处理器配置成能够响应从检测器接收的反馈信号来修改音频信号。在一个实施例中，所说的系统包括噪声整形器、调制器、输出级、和几个附加的部件。这些部件包括用于在噪声整形器中检测限幅状态的检测器和用于根据从检测器接收的反馈处理输入到噪声整形器的音频信号的信号处理器。信号处理器的作用可以是响应检测器检测的不同的状态以不同的方式修改输入音频信号。

[0016] 一个实施例中，所说的系统还包括一个滤波器，对于检测器的输出进行滤波，而后将这个信息作为反馈提供给信号处理器。反馈的滤波可用于防止信号处理器在音频信号的限幅偶然发生的条件下修改音频信号，同时允许信号处理器在音频信号的限幅比较经常发生的条件下修改音频信号。在一个实施例中，所说系统还包括一个耦合在滤波器和信号处理器之间的标记电路。将所说标记电路配置成可以接收来自滤波器的滤波反馈信号，并且当确认滤波反馈信号时可以确认提供给信号处理器的输出信号。由标记电路产生的输出信号在信号处理器复位标记电路之前一直保持被确认的状态。这样就可以向信号处理器提供一个比简单滤波的所说信号甚至于更加稳定的反馈信号。

[0017] 一个可替换的实施例包括一种方法，所说方法包括如下步骤：检测在音频信号中的限幅状态；和响应对于限幅状态的检测修改音频信号。就上述的实施例而论，限幅状态和对于限幅状态的检测的响应对于不同的实施例可以有所不同。在一个实施例中，在用于数字音频放大器的取样速率转换器中实施所说的方法。

[0018] 许多附加实施例也是可能的。

[0019] 本发明提供一种用于检测音频信号中的限幅状态和处理所述信号以缓和限幅状态的系统，包括：一个限幅阻止单元，其配置成接收数字脉冲编码调制音频信号和执行对于所述数字脉冲编码调制音频信号的选择性修改；一个噪声整形器，其配置成接收由所述限幅阻止单元输出的所述数字脉冲编码调制音频信号的选择性修改的版本，并执行噪声整形处理，包括对由所述限幅阻止单元输出的所述数字脉冲编码调制音频信号的所述选择性修改的版本进行再量化，以生成处理的数字音频信号，以及将所述处理的数字音频信号中的量化噪声移出音频频带；其中，所述噪声整形器包括执行再量化的量化器；以及其中，所述限幅阻止单元包括：一个检测器，其连接至所述噪声整形器，并配置成当提供给所述噪声整形器中的所述量化器的音频信号的值处于指定的值范围之外时，检测限幅状态；一个信号处理器，其配置成接收来自所述检测器的反馈信号；其中，所述反馈信号指示何时提供给所述噪声整形器中的所述量化器的音频信号的值处于指定的值范围之外；其中，所述信号处理器配置成响应于从连接于所述噪声整形器的所述检测器接收的所述反馈信号，通过在所述数字脉冲编码调制音频信号的一个或更多值被提供给所述噪声整形器之前，选择性修改所述数字脉冲编码调制音频信号的一个或更多值，从而来选择性修改所述限幅阻止单元所接收的所述数字脉冲编 码调制音频信号；其中，所述信号处理器配置成以各种不同的方法修改数字脉冲编码调制音频信号；其中，所述信号处理器修改数字脉冲编码调制音频信号的具体方法取决于从连接于所述噪声整形器的所述检测器接收的所述反馈信号。 [0020] 其中：所述系统可包括数字音频放大器的一个或多个部件。其中：所述信号处理器可配置来修改数字脉冲编码调制音频信号的所述各种不同的方法之一是：通过在将所述数字脉冲编码调制音频信号的一个或更多值提供给所述噪声整形器之前，将所述数字脉冲编码调制音频信号的所述一个或更多值限制到指定的值范围。其中：所述信号处理器可配置来修改数字脉冲编码调制音频信号的所述各种不同的方法中的另一种是：通过压缩所述数字脉冲编码调制音频信号。其中：可将所述信号处理器配置成可以通过只压缩所述音频信号的超过阈值电平的一个部分来修改所述音频信号。进一步还可包括耦合在所述检测器和所述信号处理器之间的滤波器，其中将所述滤波器配置成可以对所述检测器的反馈信号进行滤波。其中：所述滤波器可包括一个计数器，对于确认所述滤波器的输出信号的每个时钟周期所述计数器加1，对于不确认所述滤波器的输出信号的每个时钟周期所述计数器复位。其中：可将所述滤波器配置成可以在所述计数器达到阈值电平时确认所述经过滤波的输出信号。进一步还可包括耦合在所述滤波器和所述信号处理器之间的标记电路，其中：所述标记电路配置成可以接收所述经过滤波的反馈信号，并且，如果所述经过滤波的反馈信号处在确认状态，则保持所述经过滤波的反馈信号在确认状态，一直到所述标记电路由所述信号处理器复位时为止。

[0021] 本发明提供一种提高用于数字音频放大器中的噪声整形器的稳定性的方法，所述方法包括：接收数字脉冲编码调制音频信号；选择性修改所述数字脉冲编码调制音频信号；将所述数字脉冲编码调制音频信号的选择性修改版本提供至所述噪声整形器；使用所述噪声整形器执行噪声整形处理，包括对所述数字脉冲编码调制音频信号的选择性修改版本进行再量化，以生成处理的音频信号，以及将所述处理的音频信号中的量化噪声移出音频频带，其中所述噪声整形器使用量化器来执行所述再量化；以及当提供给所述噪声整形器中的所述量化器的音频信号的值处于指定的值范围之外时，检测在所述噪声整形器中的所述音频信号的限幅状 态；其中，响应于限幅状态的检测而选择性地修改所述数字脉冲编码调制音频信号；其中，选择性地修改所述数字脉冲编码调制音频信号包括：在所述数字脉冲编码调制音频信号的一个或更多个值被提供给所述噪声整形器之前，修改所述数字脉冲编码调制音频信号的所述一个或更多个值；其中，选择性地修改所述数字脉冲编码调制音频信号能够以各种不同的方法来执行；以及其中，选择性地修改所述数字脉冲编码调制音频信号包括：依赖于所检测的限幅状态的程度，选择所述各种不同方法中的一种。

[0022] 其中：可在数字音频放大器中放大由所述噪声整形器输出的所述音频信号。其中：修改所述音频信号的所述各种不同方法中的一种可包括：在将所述数字脉冲编码调制音频信号的一个或更多值提供给所述噪声整形器之前，将所述数字脉冲编码调制音频信号的所述一个或更多值限制到指定的值范围。其中：修改所述数字脉冲编码调制音频信号的所述各种不同方法中的另一种可包括：压缩所述数字脉冲编码调制音频信号。其中：修改所述音频信号可包括仅压缩所述音频信号的超过阈值电平的一部分。进一步还可包括：滤波与检测的限幅状态对应的反馈信号，其中：响应所述限幅状态的检测修改所述音频信号包括响应所述经过滤波的反馈信号修改所述音频信号。其中：滤波所述反馈信号可包括响应所述反馈信号的确认使计数器加1，并且响应所述反馈信号的不确认使计数器复位。其中：滤波所述反馈信号还可包括当所述计数器达到阈值电平时确认所述经过滤波的反馈信号。进一步还可包括：如果确认所述经过滤波的反馈信号，则保持所述经过滤波的反馈信号的确认状态，一直到响应所述经过滤波的反馈信号修改所述音频信号时为止。

附图说明

[0023] 在阅读了下面的详细描述并且参照以下的附图后，本发明的其它目的和优点都将变得显而易见。

[0024] 图1是现有技术数字式脉冲宽度调制放大通道的某些基本部件的方块图。 [0025] 图2是说明按照现有技术的噪声整形器的结构的功能方块图。

[0026] 图3是说明按照一个实施例的数字音频放大通道的一部分的功能方块图。 [0027] 图4是说明按照一个实施例的限幅检测器和信号处理器的使用情况的功能方块图。

[0028] 图5是说明按照一个实施例的信号处理器对于输入音频信号的响应的曲线图。 [0029] 图6是说明按照一个替换实施例的限幅检测器、滤波器、和信号处理器的使用情况的功能方块图。

[0030] 图7是说明按照另一个替换实施例的限幅检测器、限幅滤波器、以及限幅标记和信号处理器的使用情况的功能方块图。

[0031] 虽然本发明可以进行各种不同的改进和替换形式，然而，还要借助于附图中的实例和附加的详细描述来表示的本发明的特定实施例。然而应该理解，不希望这些附图和详细描述将本发明限制在所描述的特定实施例。相反，本发明的公开内容旨在覆盖落在由所附的权利要求书限定的本发明的范围内的所有的改进、等效物、和替换方案。 具体实施方式

[0032] 下面描述本发明的一个或多个实施例。要说明的是，以下描述的这些以及任何其它的实施例是示例性的，旨在说明本发明而不是限制本发明。

[0033] 如这里所描述的，本发明的各种不同的实施例包括用于检测音频信号中的限幅状态并且处理所说信号以缓解限幅状态的系统和方法。

[0034] 本发明的一个实施例包括一种用于缓解现有技术系统的某些问题的系统，在这里，不是将输入音频信号限幅到固定的电平，而是用一种可变的方式处理输入音频信号。例如，在某些时刻可以限幅所说输入音频信号，在另外一些时刻可以 压缩所说输入音频信号，而在其它的时刻全然不改变所说的输入音频信号。在一个实施例中，所说的系统包括噪声整形器、调制器、输出级、和几个附加的部件。这些部件包括用于在噪声整形器中检测限幅状态的检测器和用于根据从检测器接收的反馈处理输入到噪声整形器的音频信号的信号处理器。信号处理器的作用可以是响应检测器检测的不同的状态以不同的方式修改输入音频信号。

[0035] 在一个实施例中，所说的系统还包括一个滤波器，对于检测器的输出进行滤波，而后将这个信息作为反馈提供给信号处理器。对反馈的滤波可用于防止信号处理器在音频信号的限幅偶然发生的条件下修改音频信号，同时允许信号处理器在音频信号的限幅比较经常发生的条件下修改音频信号。在一个实施例中，所说系统还包括一个耦合在滤波器和信号处理器之间的标记电路。将所说标记电路配置成可以接收来自滤波器的滤波反馈信号，并且当确认滤波反馈信号时可以确认提供给信号处理器的输出信号。由标记电路产生的输出信号在信号处理器复位标记电路之前一直保持被确认的状态，这样就可以向信号处理器提供一个比简单滤波的所说信号甚至于更加稳定的反馈信号。

[0036] 下面描述各种不同的可替换的实施例，其它的实施例对于本领域的普通技术人员来说将是显而易见的。

[0037] 现在参照附图3，其中表示的是说明按照一个实施例的数字音频放大通道的一部分的功能方块图。在这个实施例中，将脉冲编码调制的数字音频信号输入到限幅阻止单元310。限幅阻止单元310可以处理或者不处理输入音频信号，这取决于从噪声整形器320导出的反馈。在通过噪声整形器320量化音频信号后，将音频信号提供给调制器330，调制器
330将所说音频信号转换成一对脉冲宽度调制信号。这些信号然后提供给输出级340，输出级340产生一个脉冲宽度调制音频信号。

[0038] 如图3所示，音频信号以脉冲编码调制信号的形式或PCM信号的形式提供给系统。脉冲编码调制是用于编码模拟数据的一种方案。脉冲编码调制信号是二进制的。即，不管模拟波形有多么复杂，只存在两个可能的状态，用逻辑1(高电平)和逻辑0(低电平)表示。
使用脉冲编码调制方案，数字化所有形式的模拟数据都是可能的，其中包括音频数据。 [0039] 为了获得模拟波形的脉冲编码调制音频流，要以规则的时间间隔取样模拟信 号的幅度。取样频率是模拟波形的最大频率的几倍。量化每次取样的模拟信号的瞬时幅度的方法是将其舍入成距一组特定的预定电平最近的整数。电平的数目是2的乘方，取样的幅度由对应于2的乘方的一组二进制数字(比特)表示。例如，如果将模拟信号量化为64个
6 10
(2)电平，则每次取样由6个比特的一个组表示。如果将模拟信号量化为1024个(2 )电平，则每次取样由10个比特的一个组表示。

[0040] 脉冲编码调制音频信号是通过信号处理器310处理的，并且将其传送到噪声整形器320。噪声整形器320具有量化器321和滤波器322。脉冲编码调制音频数据通常是量化成16比特或更多比特的高精度数据。量化器321的目的是将音频数据量化为更少数量的比特数。在一般情况下，量化器321产生5至10比特的音频数据。滤波器322的目的是把由量化器321产生的噪声移出音频频带。换言之，滤波器322衰减音频频带内的噪声，同时放大在音频频带外部的噪声。这是通过取得在输入到噪声整形器320的音频信号和由量化器321输出的音频信号之间的差、滤波最终的差信号、并将其加到音频信号而后再输入到量化器321实现的。

[0041] 量化器321在再量化音频数据的过程中对于数据进行舍入处理，并且还有潜在可能限幅所说数据。舍入发生的原因是，输入音频数据开始量化的数据的电平有可能不匹配量化器321再量化所说数据的电平。限幅可能发生的原因是，输入音频数据可能包括在量化器321的输出上可能出现的范围之外的值。在这个范围之外的这些值被映射到量化器输出可能代表的最大值或者最小值上。

[0042] 当输入音频信号超过了量化器321的范围的时候，量化器321限幅这个信号。换句话说，从这个信号上除去峰值。这种限幅类似于在普通的模拟放大器中发生的限幅。从信号上除去峰值将使信号畸变，并且，如果信号畸变足够明显，那么这个畸变就是可以听到的。如以上所述，信号的限幅还导致量化误差的增加(在量化器321的输入和这个量化器的输出之间的差)。如果量化误差足够大，噪声整形器可能变得不稳定。

[0043] 因此，可以按照下面的方式利用算法来描述量化器321的操作：

[0044] if(in＞max)

[0045] out＝max

[0046] else if(in＜min)

[0047] out＝min

[0048] else

[0049] out＝delta*round(in/delta)

[0050] 如这里所用的，“in”是输入音频信号，“Out”是输出音频信号，“max”是由量化器321产生的信号的最大输出电平，“min”是量化信号的最小输出电平，“delta”是量化的步长大小，“round”是将输入返回到最接近的整数值的一个函数。“max”和“min”是“delta”的倍数。在量化之后，“Out”可以取在范围[min，max]内的(max-min)delta+1个可能的值中的任何一个。用于确定量化器321的范围(“min”和“max”的值)的最大值确定了将要由调制器330产生的最小和最大脉冲宽度。一般地，对于这些值进行设定，使它们可以匹配要由指定的实施方案中输出级340的驱动器和场效应晶体管处理的最小和最大脉冲宽度。 [0051] 通过量化器321产生的信号由噪声整形器320输出，并且提供给调制器330。调制器330编译再量化的脉冲编码调制数据为脉冲宽度调制(PWM)数据。换句话说，在脉冲编码调制数据流中对应于音频数据样本的每一组比特都转换成具有正比于样本的宽度的一个脉冲。对于调制器330，产生两个输出信号。这些信号是相同的，只是相位彼此相反。在这个实施例中，输出级340包括两个场效应晶体管(FET)。使用由调制器330产生的每个信号来驱动输出级340中的场效应晶体管之一。在一个实施例中，对于调制器330产生的每个输出信号都要进行低通滤波，以除去高频噪声。

[0052] 本领域的普通技术人员应该认识到，这是一个高度简化的描述。在一般情况下，要在脉冲编码调制数据上进行内插和校正，以便对于脉冲宽度调制处理中的非线性进行校正，然后再将数据输入到噪声整形器。进而，在一般情况下还要对噪声整形器的输出进行处理，以便支持输出级保护和边缘设置。输出级可以具有一系列不同配置中的任何一种，例如半桥式N+N场效应晶体管的配置。可替换配置可以使用N或P场效应晶体管、整桥式配置，等等。其它的噪声整形器配置也是可能的。在阅读了本发明的公开内容以后，许多这样的变化对于本领域的普通技术人员来说都是显而易见的。

[0053] 在一个实施例中，噪声整形器320、调制器330、和输出级340都与以上针对 图1描述的现有技术系统100的对应部件相同。这样，噪声整形器320接收可能是16比特信号的脉冲编码调制音频信号，并且量化所说的信号使之成为较小数目的比特。 [0054] 图3中所示的系统在限幅阻止单元310的使用方面不同于图1的系统。限幅阻止单元310不是简单地将输入音频信号限幅到固定电平，而是相反，对于输入音频信号进行处理，使其可以根据需要限幅或者按照其它方式修改音频信号，以缓解以上结合图1描述的那些问题。换言之，限幅阻止单元310的操作方式取决于音频信号本身。如果输入音频信号具有相对来说低的调制指数并且因此没有包含超过噪声整形器320可能量化的信号范围的任何峰值，限幅阻止单元310可以全然不修改输入音频信号，然后向噪声整形器320提供这个信号。另一方面，如果输入音频信号具有相对来说很高的调制指数并且因此具有要由噪声整形器320的量化器321限幅的峰值，则限幅阻止单元310可以大幅度地修改音频信号，然后向噪声整形器320提供这个信号。如果输入音频信号具有中等的调制指数，则限幅阻止单元310的功能是偶尔地修改音频信号的一些部分，保留其它的部分不修改。 [0055] 参照图4，其中表示说明按照一个实施例的限幅检测器和信号处理器的使用情况的功能方块图。在这个实施例中，限幅阻止单元410包括限幅检测器411和信号处理器412。将一个脉冲编码调制音频信号输入到信号处理器412，信号处理器412按照从限幅检测器
411接收的反馈处理这个信号，然后将处理过的信号转发到噪声整形器420。噪声整形器
420量化这个信号并将其转送到调制器430，调制器430向驱动输出级440提供一对信号。 [0056] 在这个实施例中，限幅检测器411接收输入到噪声整形器420的量化器421的同一个信号。限幅检测器411与量化器421并行地处理这个输入信号，以检测表示信号处理器411应该修改脉冲编码调制的输入音频数据的状态。在一个实施例中，这个状态可以简单地是：音频信号超过了量化器421可能再量化而不用限幅所说信号的范围。换句话说，限幅检测器411检测量化器421中的限幅。限幅检测器411的操作可以按照下面的方式用算法的形式进行描述：

[0057] if(in＞maxclip)

[0058] clip＝true

[0059] else if(in＜min clip)

[0060] clip＝true

[0061] else

[0062] clip＝false

[0063] 如这里所用的，“in”是量化器的输入，“maxclip”和“minclip”是限幅开始发生的阈值电平，并且，当输入(“in”)在允许的范围[minclip；maxclip]之外时，由限幅检测器411输出的信号“clip”设定为真，否则为假。

[0064] 在一般情况下，“maxclip”和“minclip”是可以任意设定的。在一个优选实施例中，minclip被设定为量化器的最小限幅阈值(“min”，如在上述的量化器的算法描述中所用的)，maxclip设定为量化器的最大限幅阈值(“max”，如在上述的量化器的算法描述中所用的)。这就允许有效地实施如下的组合量化器和限幅检测器的方案：

[0065] if(in＞max)

[0066] out＝max

[0067] clip＝true

[0068] else if(in＜min)

[0069] out＝min

[0070] clip＝true

[0071] else

[0072] out＝delta*round(in/delta)

[0073] clip＝false

[0074] 应当说明的是，虽然由上述的算法描述的实施例根据输入到量化器的信号的简单限幅确认了一个输出信号(即无论何时一旦发生了限幅就确认一个输出信号)，但可替换的实施例可以实施更复杂的检测方案。例如，这些实施例可以在检测到特定状态组时、或者在检测到可能导致量化器的不稳定性的限幅类型时确认一个输出信号。任何这样的限幅状态都可以由限幅检测器411检测到，并且可用作确认由限幅检测器411产生的对应输出信号的基础。

[0075] 由限幅检测器411产生的输出信号(“限幅”)作为反馈提供给信号处理器412，信号处理器412定位在噪声整形器420的前方。信号处理器412的目的是限制输入到噪声整形器420的音频信号的范围，但是在这样做时要按照比简单限幅所说信号到一个固定的电平的方式更加“智能的”方式。在一个实施例中，将信号处理器412被配置成可以用作一个压缩器-限制器。在这个实施例中，将信号处理 器412配置成可以压缩至少一部分音频信号，以便避免或尽量减小可能发生在噪声整形器420中的限幅。在许多情况下，这实施起来可能是很容易的，因为实施本发明的放大器可能已经有了一个压缩器-限制器，这个压缩器-限制器可能由信号处理器412使用以实现这项功能。

[0076] 在图5中说明可能由信号处理器412实现的压缩器-限制器功能。图5是说明信号处理器412对于一个输入音频信号的响应的曲线图。曲线510表示信号处理器412的响应。响应曲线510可以被视为具有三个分段。第一分段是对于从0到第一阈值505(对应于输出电平501)的范围的输入的响应。在这个范围的输入音频电平是以1∶1的比例线性输出的。换言之，输出等于输入。如果输入是在从第一阈值505到第二阈值506的范围内，则输出被压缩。在另一种方式下，输出电平小于输入电平，但不被限幅。输出电平从1∶1输出开始减少，这在图5中通过从响应曲线510的第一分段开始向上延伸的一个虚线表示。最后，在最大输出电平502，对于高于第二阈值506的输入电平进行限幅。 [0077] 应当说明的是，在图5中表示的压缩器-限制器功能只是信号处理器412的响应的一种可能的变化。按照另一种方式，这种响应可能是象限幅功能那样地简单，或者可能是更加复杂，具有附加的响应分段、平滑响应曲线、或其它变化。在响应从限幅检测器411(或者限幅滤波器、或者限幅标记电路，下面对此还要进行更加详细地描述)接收的反馈时，响应功能还可能变化。

[0078] 要说明的是，可以将信号处理器412放置在放大器通道的各种不同的其它功能模块(如上述的内插和脉冲宽度调制线性校正模块，)之前、之中、或者之后，例如上述的内插和脉冲宽度调制线性校正模块。还可以按照各种不同的方式实施信号处理器412。例如，可以在使用逻辑门的硬件中实施信号处理器412。按照另一种方式，并且可能是更加简单和更加灵活的解决方案，用在可编程数字信号处理器(DSP)上运行的软件来实施信号处理器412，在数字放大器中通常存在这种处理器。

[0079] 参照图6，其中表示按照一个可替换的实施例的限幅检测器、滤波器、和信号处理器的使用情况的功能方块图。在这个实施例中，限幅阻止单元610包括：限幅检测器611、限幅滤波器613、和信号处理器612。再一次地，将一个脉冲编码调制音频信号输入到信号处理器612，信号处理器612按照接收的反馈来处理所 说信号。然而，在这个实施例中，从限幅检测器611经过滤波器613接收所说反馈。信号处理器612转送处理的信号给噪声整形器620，噪声整形器620量化所说信号并且将它转送给调制器630。调制器630然后向驱动输出级640提供一对信号。

[0080] 在这个实施例中，限幅检测器611接收输入到噪声整形器620的量化器621的信号并且与量化器621并行地处理这个信号。限幅检测器621检测限幅状态，这个限幅状态表示信号处理器611应该修改输入的脉冲编码调制音频数据，并且产生对应的信号。将这个信号提供给限幅滤波器613。这个信号在经过限幅滤波器613滤波以后，作为反馈提供给信号处理器612，信号处理器612然后可以按照这个反馈所表示的修改输入音频信号。如以上所述，音频信号通过信号处理器612的修改是根据接收的反馈变化的。

[0081] 在高输入电平，噪声整形器620中的量化器621可能只是偶然地限幅音频信号。这可能是例如由于信号的噪声整形或者由于短暂的大的输入尖峰所致。按照噪声整形器620的设计，噪声整形器620可能处理几个这样的尖峰的限幅而不会变得不稳定。因此，在这些情况下压缩输入信号可能会不必要地限制了输出信号。因此，可以使用限幅滤波器613滤除“限幅检测”的单次发作或短暂突发，防止它们触发通过信号处理器612进行的输入音频信号的修改。

[0082] 在一个实施例中，可以使用一个计数器来提供限幅滤波器613的一个几乎完整的实施方案。可以按照以下的算法描述实施所说的计数器：

[0083] if(clip＝true)

[0084] if(clipcnt＝clipmax)

[0085] clipcnt＝clipcnt

[0086] clipfiltered＝true

[0087] else

[0088] clipcnt＝clipcnt+1

[0089] clipfiltered＝false

[0090] else

[0091] clipcnt＝0

[0092] clipfiltered＝false

[0093] 如这里所用的，“clip”在这里是限幅检测器611的输出。内部状态变量“clipcnt”计数连续的有效“限幅”输入的数目。在处理开始前将“clipcnt”初始化为0。当 “clipcnt”达到值“clipmax”时，计数器停止计数，并且将“clipfiltered”输出设定为真。在输入“clip”变为无效之前“clipfiltered”一直保持为有效。这将同时将“clipcnt”复位为0。 [0094] 本领域的普通技术人员应该认识到，实施限幅滤波器的方式各有不同。各种不同的可能的实施方案可以基于硬件、软件、或者它们的组合。这些实施方案可能使用各种不同类型的算法，例如IIR、FIR、多数表决、增/减计数，如此等等。应当说明的是，当用固定硬件实施的时候，有益的作法是，使限制值“clipmax”可以编程，从而可以针对电路的个别应用来调节这个值。

[0095] 参照图7，其中表示按照另一个可替换的实施例的限幅检测器、限幅滤波器、限幅标记、和信号处理器的使用情况的功能方块图。在这个实施例中，限幅阻止单元710包括：限幅检测器711、限幅滤波器713、限幅标记电路714、和信号处理器712。如在其它的实施例中的那样，将一个脉冲编码调制音频信号输入到信号处理器712，信号处理器712按照接收的反馈来处理所说信号。然而，在这个实施例中，从限幅检测器711和滤波器713经过标记电路714接收所说反馈。信号处理器712转送处理的信号给噪声整形器720，噪声整形器
720量化所说信号并且将它转送给调制器730。调制器730然后向驱动输出级740提供一对信号。

[0096] 在这个实施例中，限幅检测器711接收输入到噪声整形器720的量化器721的信号并且与量化器721并行地处理这个信号。限幅检测器721检测限幅状态，并且产生被提供给限幅滤波器713的对应的信号。这个信号在经过限幅滤波器713滤波以后，提供给限幅标记电路714。如果确认了从滤波器713接收的经过滤波的信号(表示应该修改输入到信号处理器712的音频信号)，则限幅标记电路714确认一个输出信号并且保持这个信号一直到信号处理器712复位这个限幅标记电路714时为止。将限幅标记电路714产生的输出信号作为反馈提供给信号处理器712。信号处理器712可以根据这个反馈所指示的按照可变的方式修改输入音频信号。

[0097] 使用限幅标记电路在某些实施例中可能是有益的，尤其是基于软件的那些实施例更是如此。可以将限幅标记电路714插在限幅滤波器713(或者限幅检测器711)和信号处理器712之间，或者将标记电路714加入这些部件之一的内部。限幅标记电路714的目的是存储有关限幅输入音频信号一次或者限幅足够长的时 间以触发限幅滤波器的信息。一旦信号处理器712在确认标记电路714时已经动作(或响应标记电路714的确认已经动作)，信号处理器712就向标记电路714激励一个“清除”信号，以便清除这个标记。当在数字信号处理器上的软件中实施时，可以询问限幅标记电路714的输出，或者使用中断来进行处理。

[0098] 本领域的普通技术人员应该理解，可以使用各种不同的技术中的任何一个来表示信息和信号。例如，可以通过电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光学场或粒子、或者它们的任意组合来表示在以上描述中引用的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号、和芯片。使用任何合适的传送介质，其中包括金属线、金属轨迹、通孔、光纤、和类似物，可以在公开的系统的各个部件之间通信这些信息和信号。

[0099] 本领域的普通技术人员进一步还要认识到，结合在这里公开的实施例描述的各种不同的说明性的逻辑块、模块、电路、和算法步骤可以实施为电子硬件、计算机软件、或者二者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种互换性，以上针对它们的功能一般性地描述了各种不同的说明性的部件、逻辑块、模块、电路、和步骤。这些功能是实施成硬件还是实施成软件，取决于特定的应用和施加在整个系统上的设计约束。本领域的普通技术人员可以针对每一种特定的应用按照各种不同的方式来实现所述的功能，但不应该将这样的实施决定解释为对于本发明的范围的偏离。

[0100] 结合在这里公开的实施例描述的各种不同的说明性的逻辑块、模块、和电路可以利用以下部件来实施或实现：通用处理器、数字信号处理器(DSP)或其它逻辑器件、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、分立的门电路或晶体管逻辑电路、分立的硬件部件、和用于完成这里描述的功能的它们的任何组合。通用处理器可以是任何的常规处理器、控制器、微控制器、状态机、或类似的设备。还可以将处理器实施成为计算装置的组合，例如数字信号处理器和一个微处理器的组合、多个微处理器、与数字信号处理器芯结合的一个或多个微处理器、或者任何其它这样的配置。

[0101] 结合在这里公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以在硬件中、在由处理器执行的软件或固件模块中、或者在它们的组合中直接实施。软件模块可以放入RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、 可拆卸盘、CD-ROM、或者在本领域中公知的任何其它形式存储介质中。一个典型的存储介质可以耦合到处理器上，以使处理器可以从存储介质中读出信息并且可以将信息写入存储介质中。在替换方案中，可以将存储介质集成到处理器上。处理器和存储介质可以放在一个专用集成电路中。专用集成电路可以设置在用户终端上。在替换方案中，处理器和存储介质可以作为分立部件设置在用户终端中。

[0102] 对于所公开的实施例的以前的描述使本领域的普通技术人员能够产生或使用本发明。这些实施例的各种不同的改进对于本领域的普通技术人员来说都很容易地变为显而易，这里定义的一般原理可以应用到其它的实施例中而不会偏离本发明的构思和范围。因此，不期望将本发明限制在这里表示的实施例，而是要使本发明符合与这里公开的原理和新颍特征一致的最宽的范围。

[0103] 以上参照具体实施例描述了本发明提供的益处和优点。这些益处和优点以及使它们发生或变得更加突出的要素或限制值，不被认为是任何权利要求或者所有权利要求的关键的、要求的、或者本质的特征。正如这里所用的，术语“包括”或它的任何其它变化可被解释为不排除地包括这些术语后边的要素或限制值。因此，包括一组要素的一个系统、方法、或其它实施例不只限于这些要素，还可以包括没有明确列出的或者要求保护的实施例固有的其它的要素。

[0104] 虽然已经参照具体实施例描述了本发明，但应该理解，这些实施例是说明性的，本发明的范围不限于这些实施例。对于以上描述的实施例的许多变化、修改、附加、和改进都是可能的。可以预期，这些变化、修改、附加、和改进都要落在下面的权利要求书内详细描述的本发明的范围内。