专利名称：使数字信号处理系统中冗余最小的方法及装置的利记博彩app
技术领域：
一般说来，本发明关于数字信号处理。更具体地说，本发明关于使包含有数字控制环的信号处理路径中的系统冗余最小。
背景技术：
数字信号处理在通信系统(如电缆传输系统与卫星传输系统)中的应用早已为此项技术领域中的人们所熟知。当今，这些数字系统广泛地用于在几乎所有类型的通信装置之间建立链接，在这些通信装置中，两个或多个此类装置需要在相互之间进行高质量通信。结果，这些系统为应用高级通信应用做好了准备，在这些通信应用中，每个成员可以与其它成员和其它装置进行通信。在多种多样的电光制造和电路设置结构中，已经根据预定用途开发了此类数字信号处理装置。当今用于通信系统中的一种数字信号处理装置形式是一个有源噪声消除(ANC)装置。该有源噪声消除装置经常用于一种声音环境中，在此环境中存在一个或多个干扰信号或噪声信号，其倾向于遮盖期望信号或目标信号。传统有源噪声消除装置一般包括一个反馈电路，其使用一个输入转换器(如一个话筒)检测环境噪声，使用一个输出转换器(如一个扬声器或接收器)产生一个消除环境噪声的抗噪声信号，并传递该期望信号。这些特定电路元件随着实施的不同而变化。
现在可以通过引入一个对消抗噪声信号以模拟形式实现有源噪声消除。通过一个或多个话筒检测实际噪声。生成一个幅度相等、相位相反的抗噪声信号，并将其与实际噪声合并。如果能够正确实现，其应当使得两个噪声互相对消。噪声消除的数量决定于所生成抗噪声信号的幅度与相位的准确性。有源噪声消除可以是衰减低频噪声的有效方法，已经证实，利用无源噪声控制技术来消除该种低频噪声非常困难，并且成本很高。
首先参见图1，其给出了在美国专利第4,455,675号与第4,644,581号中所揭示的一个第一现有技术反馈有源噪声消除系统10的一个框图。该系统10以一个期望信号和一个噪声信号作为输入信号并生成一个输出信号。为进行讨论，假定该期望信号是一个输入声音(Vin)信号，该输出信号是一个输出声音(Vout)信号。假定该噪声信号是该声音环境中该期望信号之外的任意干扰信号。该Vout信号是该Vin信号、该噪声信号与由该系统10所生成的抗噪声信号的合并信号。上面已经指出，在理论上，该抗噪声信号完全消除该噪声信号，只留下未被衰减的Vin信号作为Vout信号。事实上，结果总是并非如此。该系统10尝试在一个预先确定的频率范围内获得尽可能高的整体环增益，同时维持系统的稳定性。该系统10的前向路径包括一个压缩器12、一个补偿器14、一个功率放大器16与一个接收器18。例如，该接收器18可以是包括一个扬声器在内的任意输出转换器。该系统10的反馈路径包括一个作为输入转换器的话筒20和一个话筒前置放大器22。在一个第一求和节点24将该Vin信号与该反馈路径信号合并。在一个第二求和节点26将该前向路径信号与该噪声信号合并。
现在参见图2，其给出了在美国专利第5,182,774号中所揭示的一个第二现有技术反馈有源噪声消除系统30的一个框图。人们将注意到，该系统30与图1中的系统10非常类似，除了该前向路径包括一个高通滤波器32、一个低通滤波器34和一个中心频段滤波器36，以及该接收器18。此外，该反馈路径除了该话筒20与该话筒前置放大器22之外，还增加了一个高通滤波器38。
现在参见图3，其给出了在美国专利第5,604,813号中所揭示的一个第三现有技术反馈有源噪声消除系统40的一个框图。在此实例中，已经在在该闭合环之外，即在该第一求和节点24之前，增加了一个升压电路42，用于对该期望信号进行均衡。该系统40的该反馈路径包括该话筒20、多个带通滤波器44和一个低通滤波器46。
尽管广泛应用于该技术领域，但用于降低系统中噪声的传统模拟方法并非不存在问题。在理论上，有源噪声消除通过产生一个相位相反的抗干扰噪声可以使噪声为零，但是作为一个实际因素，该系统中的各种元件，如输入与输出转换器将引入一定的不希望存在的延迟。这些延迟反过来会影响可以消除噪声的频率范围、可对噪声进行消除的程度，以及该噪声消除系统的稳定性。因此，人们希望能够使该电路中的该等相关延迟最小化。同样，还希望能够调整该电路，对元件差异和制造容差以及使用条件进行补偿，从而使干扰消除频率范围和噪声消除比最大。使用模拟技术是难以实现这种可调整能力的。另一个经证明难以在模拟技术中实现的期望功能是信号均衡，用于因后续处理功能所引起的与频率相关的衰减。
发明内容
本文揭示了一种使数字信号处理路径中冗余最小的方法及装置。一个实例为一种有源噪声消除组件。该系统包括一个数字闭合反馈环，其拥有一个前向路径和一个反馈路径。该前向路径包括一个补偿滤波器、一个数模转换器和一个输出转换器。该反馈路径包含一个输入转换器、一个反馈Delta-sigma调制器和一个反馈采样率转换器。通过几种方式之一对一个输入信号进行处理，使其变为一个具有一个预选中间采样率的处理后数字输入信号。通过该反馈路径，将一个模拟输出信号处理为一个采样率与该预选中间采样率大体相同的数字反馈信号。通过该前向路径将该处理后数字输入信号与该数字反馈信号进行合并和处理，以产生一个反干扰信号，该信号与一个干扰信号信号进行合并，生成该模拟输出信号。
该等附图包含于本说明书中并构成其一部分，其说明了本发明的一个或多个具体实施例，并且与该详细说明一道用于解释本发明之原理与实施。
在该等附图中图1是一个第一现有技术反馈有源噪声消除系统的一个框图；图2是一个第二现有技术反馈有源噪声消除系统的一个框图；图3是一个第三现有技术反馈有源噪声消除系统的一个框图；图4是根据本发明的一个反馈有源噪声消除系统的一个示范具体
具体实施例方式
此处所说明之本发明之各个示范具体实施例，用于说明使数字信号处理路径中冗余最小的一种方法与装置。所属技术领域的技术人员应理解，关于本发明的以下详细描述只是说明性，而无意进行任何限制。本领域的技术人员可以很容易地想到具有本发明优点的其它具体实施例。现在将详细引用在该等附图中所说明的本发明之示范具体实施例。在该等附图和以下的详细说明中将始终使用相同的引用符号，并指代相同或类似的元件。
为了简洁，这里并未给出和说明所述该等示范具体实施例的全部常规特色。当然，应了解，在开发任意此类实际实施例之前，必须做出多个与具体实施例相关的决定，以实现开发者的特定目标，比如遵守与应用相关和商务相关的限制条件，并且这些特定目标随实施和开发人员的不同而变化。而且，应了解这样一种开发努力可能非常复杂且耗时，但对于那些拥有本发明优点的所属技术领域的技术人员来说，这不过是一个常规工作任务。
根据本发明，可以利用各种类型的操作系统、计算平台、计算机程序，以及/或者通用机器来实施该等组件、处理步骤及/或数据结构。此外，所属技术领域的技术人员应认识到，也可使用那些通用性较弱的装置，诸如硬布线装置、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)或类似装置，而不会脱离此处所揭示本发明概念之范围与精神。
现在参见图4，其显示了根据本发明的一个反馈有源噪声消除系统50的一个示范具体实施例的一个框图。在该闭合环之外，该系统50包括一个输入处理器52。下面将更详细地讨论该输入处理器52的细节。一般情况下，该输入处理器52取得一个输入信号，或是模拟信号或是数字信号，并产生一个处理后数字输入信号，其具有一个等于Fs的I倍的中间(I)采样率，其中I的数值大于1，Fs是该输入信号奈奎斯特采样率(Fmax)的两倍。该前向路径包括一个补偿滤波器54、一个数模转换器(DAC)56和一个输出转换器58。该前向路径的结果是一个模拟前向路径信号。该反馈路径包含一个输入转换器60、一个反馈Delta-sigma调制器62和一个反馈采样率转换器64。该反馈Delta-sigma调制器62输出的采样率等于Fs的N倍，其中N大于1。N还大于I。但是，因为IFs为该期望采样率，所以需要利用该反馈采样率转换器64对该输出NFs进行下采样至一个较低采样率。其结果是一个数字反馈信号，其采样率与该处理后数字输入信号的采样率相同。选择该中间采样率，以在该反馈路径中产生一个可以接受的低延迟。其代价是增加了电路的复杂性和成本。在一个第一求和节点66，由该处理后数字输入信号中减去该数字反馈信号。还有可能将该反馈Delta-sigma调制器62与该反馈采样率转换器64合并为一个输出采样率为IFs的反馈模数转换器(ADC)。在一个第二求和节点68将该模拟前向路径信号与一个模拟干扰信号进行合并。该第二求和节点68的输出是该反馈路径的输入与该系统50的输出，并且是一个模拟声学输出信号(Yout)。
现在参见图5，其显示了根据本发明的一个反馈有源噪声消除系统70的另一个示范具体实施例的一个框图。该系统70大体上与图4的系统50相同，除了该补偿滤波器54已经如图所示那样由该前向路径移向了该反馈路径。有可能实现方框图操作的一整个阵列，并为所属技术领域的技术人员所熟知。此类操作所得到的任意具体实施例都被认为位于如图4与图5所例示本发明的范围之内。为了简洁，没有详细给出其它此类具体实施例。
现在参见图6，其显示了根据本发明之图4与图5的输入处理器52的一个示范具体实施例的一个框图。回忆上面所述内容，该输入处理器52取得一个输入信号，或者为模拟信号或者为数字信号，并产生一个具有该中间采样率(IFs)的处理后数字输入信号。该输入处理器52的元件部分取决于该输入信号的特性。在下面将作为实例来概括元件的各种组合，但根据设计选择与环境，也可能有其它一些组合。所示示例元件假定该输入信号为一个模拟信号(Xin)。该输入处理器的元件可以包括一个输入Delta-sigma调制器72、一个第一输入采样率转换器74、一个均衡器76和一个第二输入采样率转换器78。该输入Delta-sigma调制器72输出的采样率等于Fs的M倍，其中M大于1并大于I。于是利用该第一采样率转换器74对该输出进行下采样，使采样率等于Fs的K倍。K大于或等于1且小于I。因此，在后面必须由该第二输入采样率转换器78将该第一采样率转换器74的输出上采样至该中间采样率(IFs)。与上述相类似，也有可能将该输入Delta-sigma调制器72与该第一输入采样率转换器74合并为一个输出速率为KFs的输入模数转换器(ADC)。除了假定K值小于M外，M、N与K之间不必相关。M可以等于也可以不等于N。另一点需要注意的事实是，该均衡器76未处于该关键延迟路径之内，即它位于该闭合环之外。其结果是，可以利用高阶有限脉冲响应(FIR)或无限脉冲响应(IIR)滤波器来获得更好的均衡。作为所示实例的另一选择，该第一采样率转换器74(可以是独立的，也可以是该输入模数转换器的一部分)的输出采样率也可能等于该中间采样率。在此情况下，可以省去该第二输入采样率转换器78。在后一种情况下，也可以省去该均衡器76，只留下该输入Delta-sigma调制器72与该第一输入采样率转换器74。回忆该输入Delta-sigma调制器72与该第一输入采样率转换器74也可以用该输入模数转换器来代替。如果这样，将仅留下该输入模数转换器作为该输入处理器52的唯一元件。
现在不再假定该输入信号是一个模拟信号，而是一个数字信号(Din)。如果这样，就不再需要所显示的该输入Delta-sigma调制器72与该第一输入采样率转换器74。它们都可被省去。而留下该均衡器76与该第二输入采样率转换器78。当然，由于现在只有一个转换器，所以可以去掉“第二”一词，只留下一个输入采样率转换器78。根据环境不同，剩下的两个元件可以是四种配置之一，即某一个、另一个、两个都有，或者一个也没有。当该数字信号的采样率已经等于该中间采样率后，就不再需要该采样率转换器78。当该采样率不等于该中间采样率时，就需要由该输入采样率转换器78根据环境进行上采样或下采样。与此类似，根据环境不同，可能存在进行均衡的需要或期望，也有可能不存在，当不存在这种需要或期望时，就可以去除该均衡器76。因此有可能在一个数字环境中，该输入处理器52可以仅通过图4与图5的第一求和节点66传递该信号，而不进行转换。但是，为了统一，仍将该信号称为处理后的数字输入信号，以将其同可能需要也可能不需要转换的广义输入信号相区别。
本发明的其它具体实施例包括(但不限于)结合可编程或自适应均衡器与补偿滤波器、有限脉冲响应与无限脉冲响应，以及相关的硬件与软件能力，以达到相同目标。应注意，为了说明的清晰，仅对前述示范具体实施例的各种特色进行了独立讨论，它们可以作为整体和部体结合于本发明的一个单一具体实施例中，其具有全部这些特色或者其中一部分。还应注意，本发明并不局限于有源噪声消除，而是可以很容易与其它信号处理装置(如具有不合需要冗余的通信系统)一起使用。
通过对前述说明的考虑，以及对本发明的实践与此处所揭示的替代具体实施例与方法，所属技术领域的技术人员可以明了本发明的其它具体实施例、特色与优势。因此，应强调该等说明与具体实施例仅仅是示范性的，本发明的真正范围与精神仅由权利要求书进行限制。
权利要求
1.一种具有一个输入、一个输出、一个第一求和节点和一个第二求和节点的数字闭合反馈环，其中一个处理后的数字输入信号被馈至该第一求和节点的一个第一输入，该处理后的数字输入信号具有一个中间采样率，一个干扰信号被馈至该第二求和节点的一个第一输入，该数字闭合反馈环包括一个补偿滤波器，其一个输入被耦合至该第一求和节点的一个输出；一个数模转换器，其一个输入被耦合至该补偿滤波器的一个输出；一个输出转换器，其一个输入被耦合至该数模转换器的一个输出，一个输出被耦合至该第二求和节点的一个第二输入；一个输入转换器，其一个输入被耦合至该第二求和节点的一个输出；一个Delta-sigma调制器，其一个输入被耦合至该输入转换器的一个输出，其中该Delta-sigma调制器的输出信号具有一个第一采样率，该采样率高于该中间采样率；以及一个反馈采样率转换器，其一个输入被耦合至该Delta-sigma调制器的一个输出，一个输出被耦合至该第一求和节点的一个第二输入，其中该Delta-sigma调制器的输出信号自该第一采样率被下采样至该中间采样率。
2.根据权利要求1所述的数字闭合反馈环，其进一步包括一个输入处理器，用于将一个输入信号转换为该处理后的数字输入信号。
3.根据权利要求2所述的数字闭合反馈环，其中该输入处理器进一步包括一个输入Delta-sigma调制器，其具有一个接收该输入信号之输入，其中该输入信号被调制至一个第二采样率，该采样率高于该中间采样率；一个第一输入采样率转换器，其一个输入被耦合至该输入Delta-sigma调制器的一个输出，其中该第二采样率被下采样至一个第三采样率；以及一个均衡器，其一个输入被耦合至该第一输入采样率转换器的一个输出。
4.根据权利要求3所述的数字闭合反馈环，其中该第三采样率等于该中间采样率，自该均衡器的一个输出得到的输出信号是该处理后的数字输入信号。
5.根据权利要求3所述的数字闭合反馈环，其中该第三采样率小于该第中间采样率，并且，该输入处理器进一步包括一个第二输入采样率转换器，其一个输入被耦合至该均衡器的一个输出，其中该第三采样率被上采样至该中间采样率，自该第二输入采样率转换器的一个输出得到的输出信号为该处理后数字输入信号。
6.根据权利要求2所述的数字闭合反馈环，其中该输入处理器进一步包括一个输入Delta-sigma调制器，其具有一个接收该输入信号之输入，其中该输入信号被调制至一个第二采样率，该采样率高于该中间采样率；以及一个输入采样率转换器，其一个输入被耦合至该输入Delta-sigma调制器的一个输出，其中该第二采样率被下采样至该中间采样率，自该输入采样率转换器的一个输出得到的输出信号为该处理后数字输入信号。
7.根据权利要求2所述的数字闭合反馈环，其中该输入处理器进一步包括一个均衡器，其一个输入用于接收该输入信号，一个输出是该处理后数字输入信号的信号源。
8.根据权利要求2所述的数字闭合反馈环，其中该输入处理器进一步包括一个均衡器，具有一个接收该输入信号的输入；以及一个输入采样率转换器，其一个输入被耦合至该均衡器的一个输出，其中该输入信号被由一第二采样率转换为该中间采样率，自该输入采样率转换器的一个输出得到的输出信号为该处理后数字输入信号。
9.根据权利要求2所述的数字闭合反馈环，其中该输入处理器进一步包括一个输入采样率转换器，其一个输入接收该输入信号，其一个输出是该处理后数字输入信号的信号源，其中该输入信号被由一个第二采样率转换至该中间采样率。
10.一种具有一个输入、一个输出、一个第一求和节点和一个第二求和节点的闭合反馈环，其中一个处理后的数字输入信号被馈至该第一求和节点的一个第一输入，该处理后数字输入信号具有一个中间采样率，一个干扰信号被馈至该第二求和节点的一个第一输入，该数字闭合反馈环包括一个数模转换器，其一个输入被耦合至该第一求和节点的一个输出；一个输出转换器，其一个输入被耦合至该数模转换器的一个输出，一个输出被耦合至该第二求和节点的一个第二输入；一个输入转换器，其一个输入被耦合至该第二求和节点的一个输出；一个Delta-sigma调制器，其一个输入被耦合至该输入转换器的输出，其中该Delta-sigma调制器的输出信号具有一个第一采样率，该采样率高于该中间采样率；一个反馈采样率转换器，其一个输入被耦合至该Delta-sigma调制器的一个输出，其中该Delta-sigma调制器的该输出信号自一个第一采样率被下采样至该中间采样率；以及一个补偿滤波器，其一个输入被耦合至该反馈采样率转换器的一个输出，一个输出被耦合至该第一求和节点的一个第二输入。
11.根据权利要求10所述的数字闭合反馈环，其进一步包括一个输入处理器，用于将一个输入信号转换为该处理后的数字输入信号。
12.根据权利要求11所述的数字闭合反馈环，其中该输入处理器进一步包括一个输入Delta-sigma调制器，其具有一个接收该输入信号之输入，其中该输入信号被调制至一个第二采样率，该采样率高于该中间采样率；一个第一输入采样率转换器，其一个输入被耦合至该输入Delta-sigma调制器的一个输出，其中该第二采样率被下采样至一个第三采样率；以及一个均衡器，其一个输入耦合至该第一输入采样率转换器的一个输出。
13.根据权利要求12所述的数字闭合反馈环，其中该第三采样率等于该中间采样率，自该均衡器的一个输出得到的输出信号是该处理后的数字输入信号。
14.根据权利要求12所述的数字闭合反馈环，其中该第三采样率小于该第中间采样率，并且，该输入处理器进一步包括一个第二输入采样率转换器，其一个输入被耦合至该均衡器的一个输出，其中该第三采样率被上采样至该中间采样率，自该第二输入采样率转换器的一个输出得到的输出信号为该处理后数字输入信号。
15.根据权利要求11所述的数字闭合反馈环，其中该输入处理器进一步包括一个输入Delta-sigma调制器，其具有一个接收该输入信号之输入，其中该输入信号被调制至一个第二采样率，该采样率高于该中间采样率；以及一个输入采样率转换器，其一个输入被耦合至该输入Delta-sigma调制器的一个输出，其中该第二采样率被下采样至该中间采样率，自该输入采样率转换器的一个输出得到的输出信号为该处理后数字输入信号。
16.根据权利要求11所述的数字闭合反馈环，其中该输入处理器进一步包括一个均衡器，其一个输入用于接收该输入信号，一个输出是该处理后数字输入信号的信号源。
17.根据权利要求11所述的数字闭合反馈环，其中该输入处理器进一步包括一个均衡器，具有一个接收该输入信号的输入；以及一个输入采样率转换器，其一个输入被耦合至该均衡器的一个输出，其中该输入信号被由一第二采样率转换为该中间采样率，自该输入采样率转换器的一个输出得到的输出信号为该处理后数字输入信号。
18.根据权利要求11所述的数字闭合反馈环，其中该输入处理器进一步包括一个输入采样率转换器，其一个输入接收该输入信号，其一个输出是该处理后数字输入信号的信号源，其中该输入信号被由一个第二采样率转换至该中间采样率。
19.一种数字闭合反馈环方法，包括将一个输入信号处理为一个处理后数字输入信号，该信号具有一个预选中间采样率；将一个模拟输出信号转换为一个数字反馈信号，该信号具有与预选中间采样率大致相同之采样率；将该处理后数字输入信号与该数字反馈信号合并，形成一个合并后的数字信号；由该合并后数字信号产生一个数字反干扰信号；将该数字反干扰信号转换为一个模拟反干扰信号；以及将该模拟反干扰信号与一个干扰信号合并，形成该模拟输出信号。
全文摘要
一种使数字信号处理系统中冗余最小的方法及装置。该系统包括一个拥有一个前向路径和一个反馈路径的数字闭合反馈环。该前向路径包括一个补偿滤波器、一个数模转换器和一个输出转换器。该反馈路径包含一个输入转换器、一个反馈Delta－sigma调制器和一个反馈采样率转换器。通过几种方式之一对一个输入信号进行处理，使其变为一个具有一个预选中间采样率的处理后数字输入信号。通过该反馈路径，一个模拟输出信号被处理为一个采样率与该预选中间采样率大体相同的数字反馈信号。通过该前向路径将该处理后数字输入信号与该数字反馈信号进行合并和处理，产生一个反干扰信号，该信号与一个干扰信号进行合并，生成一个模拟输出信号。
文档编号H04R3/00GK1541496SQ02815786
公开日2004年10月27日 申请日期2002年6月25日 优先权日2001年6月26日
发明者方小玲, 戴维斯·L·基思, 约翰逊·R·马丁, L 基思, R 马丁 申请人:索尼克创新有限公司