[發明專利]一種無損的DSD信號數字升頻算法

在審

• 申請號: 201711260576.1
• 申請日: 2017-12-04
• 公開（公告）號: CN108683420A
• 公開（公告）日: 2018-10-19
• 發明（設計）人: 薛文;魏匯贊;陸錦輝;束鋒;桂林卿;余海
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H03M3/00
• 分類號: H03M3/00;G10L19/00
• 代理公司: 江蘇樓沈律師事務所 32254
• 代理人: 沈勇

本發明公開了一種無損的直接比特流數字(direct stream digital,DSD)音頻信號的數字升頻算法。整個數字升頻系統包括FIR數字低通濾波模塊，數字內插模塊和Sigma?Delta調制模塊。輸入的單比特DSD信號先經過數字低通濾波模塊轉換為多比特DSD信號，然后通過數字內插模塊完成DSD信號的升頻，最后經過Sigma?Delta調制模塊后，將多比特DSD信號重新恢復為單比特DSD信號。本發明可以無損的完成DSD信號的數字升頻，從而有效降低其近端(20kHz~60kHz)噪聲，并且整個算法簡潔有效，實現所需的硬件成本較低，可以廣泛應用于音頻信號處理行業中。

技術領域

本發明涉及音頻信號處理領域、尤其是DSD音頻信號的處理。

背景技術

脈沖編碼調制技術(pulse code modulation,PCM)是目前最為常見的一種音頻編碼格式，但是PCM這種編碼方式存在有巨大的瓶頸，即量化噪聲是平均分布在全部頻段上的，就算繼續提高采樣頻率也很難減少其基帶內的量化噪聲。因此為了改善這種音頻編碼格式，獲得更高的音頻質量，索尼和飛利浦公司與1996年共同提出了全新的音頻編碼格式，即直接比特流數字(Direct Stream Digital,DSD)格式,所謂DSD音頻信號是將模擬音頻信號經過過采樣(2.8224MHz)和Sigma-Delta調制形成的單比特(0/1)信號，從其頻譜上可以看出，當信號頻率大于20kHz時，其噪聲已經開始逐漸增大。對于人耳而言，無法聽見頻率大于20kHz的聲音，后端模擬電路的設計可以相對簡單點。但是對于后端模擬電路而言，20kHz以上的噪聲如果過大容易造成放大器的自激或飽和。目前現有的DSD信號由于采樣率較低，近端噪聲較大，采用現有的芯片AKM4490對DSD信號進行直解，效果并不理想。因此需要對DSD信號升頻，從而降低其近端噪聲。

目前現有的解決方案如圖1所示。輸入的單比特DSD信號，先通過數字抽取模塊，將信號的采樣頻率從2.8224MHz降低至44.1kHz，并將其轉換為PCM信號。再經過數字內插模塊將采樣頻率提高到5.6448MHz，最后經過Sigma-Delta調制模塊后，將多比特DSD信號重新轉換為單比特DSD信號。該結構存在兩個個重要的缺點，第一由于采用了64倍的抽取和128倍的內插，將會導致信號基帶內混入噪聲，從而降低信號在基帶內(0～20kHz)的精度。第二整個處理過程過于復雜且硬件資源消耗較多。

發明內容

為了解決DSD信號的近端噪聲過大導致的后端模擬電路的放大器的自激或飽和的問題，以及簡化現有的DSD信號的數字升頻算法，發明了一種無損的DSD信號的數字升頻算法。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種無損的DSD信號數字升頻算法，包含以下步驟：

步驟1：將單比特DSD信號轉換為多比特DSD信號，并對其進行低通濾波；

步驟2：將濾波后的多比特DSD信號進行數字內插升頻；

步驟3：將升頻后的多比特DSD信號通過Sigma-Delta調制，重新恢復為單比特DSD信號。

步驟1具體為：采用FIR數字低通濾波模塊將輸入的單比特DSD信號轉換為多比特DSD信號，并濾除部分帶外(信號頻率大于20kHz)噪聲。

步驟2具體為：數字內插主要包含了數字插零和數字濾波。數字插零實現了每兩個數字信號插入一個零，并通過數字濾波器將頻率大于π/2的鏡像成分濾除，從而實現了兩倍的數字升頻。并且通過多次的數字內插實現四倍甚至八倍的數字升頻。