CN100511980C - 采样速率转换设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于转换数字输入数据流使其从第一采样速率转换成第二固定采样速率的系统和方法，使用硬件部件和软件部件的组合。在一个实施例中，一种系统包括：速率估算器，用于估算输入数据流的采样速率；相位选择单元，用于限据估算的采样速率选择用于内插一组多相滤波器系数的相位；系数内插器，用于根据所选的相位内插滤波器系数；卷积单元，用于卷积内插的滤波器系数与输入数据流的样本，以产生重新采样的输出数据流的样本。在能够处理具有无关可变的采样速率的数据流的多个通道之间共享一个或多个硬件或软件部件。

Description

采样速率转换设备和方法

技术领域

本发明一般涉及音频放大系统，更加具体地说，本发明涉及用于转换具有第一采样速率的输入数据流为具有第二数据速率的输出数据流的系统和方法。

背景技术

脉冲宽度调制(PWM)或D类信号放大技术已经存在好多年了。随着开关模式电源(SMPS)的迅速发展，脉冲宽度调制技术越来越流行。由于这项技术的出现，在信号放大应用领域中应用脉冲宽度调制技术的兴趣越来越大，其结果是得到重大有效的改进，这一改进是通过使用D类功率输出拓朴结构代替传统的(线性的AB类)功率输出拓朴结构实现的。

开发信号放大应用的早期尝试使用了与早期的开关模式电源中使用过的相同的对于放大的处理方法。更加具体地说，这些尝试使用了模拟调制方案，这个调制方案导致低性能的应用。这些方案实施起来很复杂而且很昂贵。因此，这些解决方案没有得到广泛的采纳。在主流放大应用中，D类技术的现有模拟实施方案还不能代替传统的AB类放大器。

最近，数字脉冲宽度调制方案问世了。这些方案使用了∑-Δ调制技术来产生在较新式的数字D类实施方案中使用的脉冲宽度调制信号。然而，这些数字脉冲宽度调制方案在缓解将脉冲宽度调制器集成在整个放大器中的解决方案中的主要障碍方面的贡献甚少。因此，D类技术在主流应用中还是不能代替传统的AB类放大器。

当前的数字脉冲宽度调制的调制方案还存在一系列问题。一个问题是，信号处理系统的其余部分的性能和质量特性对于不同的应用而有所不同。整个系统解决方案的严格实施和终端用户的应用都不是决定性的。结果，不可能事先预测实施的细节。因为当前的技术需要针对具体应用的解决方案，这些解决方案在一般情况下不很灵活，不可扩充、或者不可转移到其它的应用上去。因此，这些技术在一般情况下不可应用到主流系统上。

当前的数字脉冲宽度调制的调制方案不满足主流系统要求的一个具体的地方是对于具有各种不同的采样速率的数字输入数据流的处理。根据提供数据的设备的类型以及设备的特定设计，这些数字输入数据流可以具有不同的采样速率。输入数据流还可以使用不同的时钟源，不同的时钟源可能具有略微不同的速率或者可能彼此相对地有些漂移。当前的技术要求单个输入采样速率，或者多个固定的已知的输入速率，而不能适合设备可以提供输入数据的不同的速率。

现有技术系统的另一个问题是，因为它们没有能够产生本地时钟信号的采样速率变换器，所以它们在一般情况下要从输入数据重建脉冲宽度调制时钟信号。这种重建的时钟信号不可能支持较高的性能，而对于本地产生的时钟信号这是可能办到的。

发明内容

通过本发明的各个实施例可以解决上述的一个或多个问题。广义地说，本发明包括用于使用硬件和软件部件的组合将数字输入数据流从第一采样速率转换成第二采样速率的系统和方法。在一个实施例中，在数字音频系统的采样速率转换器中实现从第一采样速率到第二采样速率的转换。采样速率转换器具有多个部件，其中的某些部件是用硬件实施的，其中的某些部件是用软件实施的。每个部件用硬件实施还是用软件实施，取决于这个部件的性能要求。用软件可以得到较好性能的部件就用软件实施，用硬件可以得到较好性能的部件就用硬件实施。应当说明的是，不仅在音频性能的度量方面，而且在计算的复杂性、部件向软件引擎的“拟合”、以及其它方面，性能都是可以改进的。

一个实施例包括一个采样速率转换器系统，采样速率转换器系统包括：速率估算器，将其配置成可以估算输入数据流的采样速率；相位选择单元，将其配置成可以根据估算的采样速率选择用于内插一组多相滤波器系数的相位；系数内插器，将其配置成可以根据所选的相位内插滤波器系数以便增加相位分辨率；卷积单元，将其配置成可以卷积内插的滤波器系数与输入数据流的样本以便产生重新采样的输出数据流的样本。如以上所述，这些系统部件包括硬件和软件部件这两者。在一个实施例中，所说的系统包括两个或多个通道，其中的每个通道都能够接收具有不同的、可变的采样速率的输入数据流，而不是由其它通道接收的数据流。在一个实施例中，不同的通道与其它的通道共享一个或多个公共的部件。在一个实施例中，将采样速率转换器系统耦合到一个音频放大系统，并且将其配置成可以转换输入数据流为公共的输出采样速率，从而可以由放大器部件如音频效果单元或脉冲宽度调制器进行处理。

另一个实施例包括一种方法，所说的方法包括如下步骤：接收具有输入采样速率的输入数据流，和使用硬件和软件部件的组合处理所说输入数据流以产生具有不同于输入采样速率的输出采样速率的输出数据流。在一个实施例中，所说的处理包括：估算输入采样速率、选择用于插入一组多相滤波器系数的相位、内插所说的这组多相滤波器系数、卷积这组多相滤波器系数与输入数据流的样本、和提供输出数据流的最终样本。在一个实施例中，所说方法包括：接收和处理在独立的通道上的具有独立可变的采样速率的两个或多个输入数据流，以便产生具有一个公共的输出采样速率的对应的输出数据流。对于在不同通道内不同数据流的至少一部分处理是用软件部件一起进行的。

许多不同的实施例也是可能的。

与现有技术的系统相比，使用硬件部件和软件部件这两者具有一系列优点。一个可能的优点是，可以在专用的硬件中实施处理速度是很重要的那些部件以充分发挥它们的性能，同时在软件中实施灵活性更加重要的其它的部件。另一个可能的优点是，硬件和/或软件可以由多个通道共享，以减小系统的成本和复杂性，同时还可以保持系统的速度的灵活性。另一个可能的优点是，每个通道都可能能够处理可变的、并且与其它通道上数据流的采样速率无关的输入采样速率。另一个可能的优点是，本地的高性能的时钟信号的产生使脉冲宽度调制输出可以满足比时钟信号必须从输入数据重建出来的情况更高的性能标准。

附图说明

在阅读了下面的详细描述并且参照附图以后，本发明的其它目的和优点都将变得显而易见。

图1是说明使用脉冲宽度调制技术的数字音频放大系统的功能方块图；

图2是说明通常实现采样速率转换的方式的示意图；

图3是说明采样的输入信号的内插和抽取以产生不同采样速率的相应的信号的示意图；

图4是说明按照本发明的一个实施例的采样速率转换器的部件的示意图。

虽然本发明容易进行各种改进和替换形式，但是还更通过附图中的实例及其相伴的详细描述来表示它的特定实施例。然而，应该理解，不期望附图和详细描述将本发明限制到所述的具体实施例。相反，本公开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修改、等效物、和替换方案。

具体实施方式

下面描述本发明的一个或多个实施例。要说明的是，下面描述的这些实施例以及任何其它的实施例都是示例性的，旨在说明本发明而不是限制本发明。

如这里所述的，本发明的各个实施例包括使用硬件和软件部件的组合将数字输入数据流从第一采样速率转换成第二采样速率的系统和方法。如这里所用的，

“硬件”指的是专用的、有固定功能的逻辑电路，另一方面，“软件”用于引用可以编程的逻辑电路，所说可以编程的逻辑电路通过由程序员确定的算法进行控制，或者在软件控制下利用通用的可以编程的模块，所说的模块在数字信号处理器(DSP)的算术逻辑单元(ALU)或存储器内。

在一个实施例中，在数字音频系统的采样速率转换器内进行从第一采样速率到第二采样速率的转换。采样速率转换器具有多个部件，其中的一些是用硬件实施的，其中的一些是用软件实施的。每个部件是用硬件实施还是用软件实施，取决于部件的性能要求。用软件可以得到较好性能的部件就用软件实施，用硬件可以得到较好性能的部件就用硬件实施。如以上所述，性能可以用音频性能、计算复杂性等来度量，其中使用这样一些度量值：运算所需的处理器周期的数目、设备的容量、实施成本、灵活性、功耗等。

与按照常规或者全用硬件或者全用软件实施的现有技术的系统相比，使用硬件和软件这两者可能带来一系列优点。例如，对于处理速度很重要的部件可以在专用的硬件中实施以充分发挥它们的性能。对于另外一些部件，处理速度的重要性小于灵活性。这些部件可实施成软件以便提供期望的灵活性。使用硬件和软件部件这两者的另一个优点是，某些部件可用于多个通道。通过在各个通道之间共享某些部件，可以减小系统的费用和复杂性，同时还可以保持系统的速度和灵活性。

本发明的优选实施例是在一个音频放大系统中实施的。如以上所述，脉冲宽度调制(PWM)技术近来在音频放大系统中得到了应用，但是却遭遇到常规方法的缺点。这些方法使用了模拟调制方案，但这种方案是复杂和昂贵的，并且提供相对差的性能。相反，本发明的系统和方法是在数字调制方案中实施的，并且使用的方法解决了在现有技术中存在的某些问题。

现在参照附图1，其中表示说明使用脉冲宽度调制技术的数字音频放大系统的功能方块图。在这个实施例中，系统100从一个数据源，如CD播放器、MP3播放器、数字音频磁带、或类似物，接收数字输入数据流。输入数据流是由采样速率转换器110接收的。输入数据流具有取决于数据源的特定的采样速率。这个采样速率在一般情况下是由对应类型设备使用的一组预先确定的采样速率中的一种。例如，CD播放器可能输出的数字数据的采样速率为44.1千赫兹，而数字音频磁带播放器可能输出的数字数据的采样速率为32千赫兹。

按照本发明的系统和方法，采样速率转换器110转换输入数据流，使其从接收时的采样速率转换成要在系统100中使用的预先确定的内部速率。在一个实施例中，这个内部采样速率是100千赫兹。这样，如果以50千赫兹的采样速率接收数据，则采样速率转换器110将要重新采样所说数据，以产生采样速率为100千赫兹的一个对应的内部数据流。这个内部数据流然后提供给音频效果子系统120。音频效果子系统120实现对于内部数据流的任何期望的处理，并将最终处理的数据流提供给PWM调制器130。

PWM调制器130接收的数据流代表一个脉冲编码调制信号。PWM调制器130将这个数据流转换成脉冲宽度调制信号。然后将脉冲宽度调制信号提供给输出级140。在输出级140中，放大脉冲宽度调制信号并且可以对放大的信号进行某种滤波或进一步的处理。最终的信号随后输出到扬声器系统150，扬声器系统150将这个电信号转换成可由听众听到的可听信号。

本公开的重点是在上述的音频系统中的采样速率转换器。如以上所述，采样速率转换器的目的是接收以第一速率采样的输入数据流并且产生以第二采样速率采样的输出数据流。虽然由数据流代表的音频信号基本上保持不变(至少在某些实施例中)，但采样速率的改变要符合音频系统的要求才能由这个系统进行处理。

现在参照附图2，其中表示说明通常实现采样速率转换的方式的示意图。如由这个附图所示的，首先通过第一滤波器210向上采样或内插输入数据流，然后通过第二滤波器220向下采样或抽取输入数据流。使用一个中间滤波器230来低通滤波向上采样的数据而后再抽取所说向上采样的数据。输入数据流具有第一采样速率Fin。这个数据流的向上采样因子是M。于是，在向上采样以后，数据流的采样速率为M×Fin。向上采样通常是通过在输入数据流的样本之间进行内插从而产生中间样本而实现的。对于M进行选择，以使中间采样速率(M×Fin)大于期望的输出采样速率Fout。在一般情况下，中间样本速率比期望的输出速率大得多。

对于向上采样的数据流进行滤波并且然后进行抽取，以便将采样速率从中间速率减小到期望的输出速率。在向下采样以后，采样速率是Fout＝(M/N)×Fin。数据流的向下采样或抽取在一般情况下是通过丢弃来自中间数据流的样本实现的。例如，如果以200千赫兹来采样中间数据流并且希望的输出采样速率是100千赫兹，则每隔一个样本丢弃一个样本。

在理想情况下，M和N都是整数。如果M是整数，则输入数据流的向上采样包括插入M-1个新的样本，它们均匀地分隔在每个起始样本之间。然后，如果N是整数，则中间数据流的向下采样包括只抽取每个第N个样本，其余部分丢弃。这种情况示于图3中。

图3是说明内插和抽取采样的输入信号以便以不同的采样速率产生对应的信号的一个示意图。在此图中，输入样本由点301、306、311、316表示。这个信号的直线内插值由虚线表示。这个信号的向上采样因子是5，所以在每对相邻的样本之间内插4个附加的采样点。所以，在样本301和样本306之间的间隔内插入点302-305。类似地，在样本307和样本311之间的间隔内插入点306-311，在样本311和样本316之间的间隔内插入点312-315。在经过低通滤波后，最终的点(301-316)的向下采样因子是3，所以使用每个第3点，其余的点被丢弃。最终的数据流包括样本301、304、307、310、313、和316(如箭头所示的)。

输入数据流的向上采样和向下采样的直接实施方案的问题之一是，为了使M和N为整数，并且为了保持期望的分辨率，M和N通常是极大的数。考虑图3的例子。如果Fin是60千赫兹，Fout是100千赫兹，则M是5和N是3。然而，如果Fin是60.5千赫兹而不是60千赫兹，则必须选择M＝200和N＝121。容易开发出需要甚至于更大的M和N的值的情况。根据在优选实施例中采样速率转换器的分辨率，高达218的值可能是必要的。

内插和抽取方法的另一个问题是，处理所接收的数据流的采样速率的变化可能是很困难的。在典型的音频系统中，每个设备或部件都可能产生它自已的时钟信号，对应的采样速率就是基于这个时钟信号的。然而，即使期望两个部件的时钟信号是一样的，这两个时钟信号也不能同步，可能略有变化。由于在时间信号中存在这个差值，数据就可能丢失，或者缓存器可能溢出，导致误差。对于本发明的采样速率转换器进行设计以便可以处理这些差值。

应当说明的是，音频系统还可以包括各种不同的类型的音频源。例如，可以通过CD播放器、MP3播放器、数字音频磁带、或类似物产生音频信号。可以配置这些设备以产生有不同采样速率的音频信号。例如，CD播放器提供的输出信号的采样速率为44.1千赫兹，数字音频磁带播放器产生的输出信号的采样速率为32千赫兹。本发明的系统和方法能够使采样速率转换器适应输入数据流中的多个不同的采样速率。而且，采样速率转换器能够独立地调节每个通道以适应不同的输入采样速率。通过比较可知，现有技术的系统只能在两个采样速率已知的条件下适应在不同通道上的不同采样速率。

通过使用多相滤波器可以适应不同的采样速率以及在这些正常时相同的速率之间的变化。多相滤波器可以实现内插器210和抽取器220这两者的功能。通过内插输入数据流，多相滤波器可以通过内插输入数据流实现这些功能，实现这些功能的方式不需要通过整数因子向上采样数据流或者通过整数因子向下采样数据流。

在一般情况下，将上述内插器和抽取器实施为(FIR型)滤波器。多相滤波器显然也是一种滤波器，但不产生大量的样本(如由内插滤波器所做的那样)，然后扔掉不需要的样本，并且(如由抽取滤波器所做的那样)，多相滤波器只产生那些最终仍旧保留的样本。于是，与图3的例子相比，不是产生样本301-316，然后丢弃这些样本中的2/3，而是只产生样本301、304、307、310、313、和316，没有丢弃任何一个。

通过一组滤波器系数来确定多相滤波器。如果将这些系数外插到不同的系数组中，则可实现不同的采样速率。这可通过选择合适的滤波器系数来实现非整数的采样速率转换。

使用多相滤波器的典型的采样速率转换器包含：用于存储来自输入数据流的样本的存储器、用于存储滤波器系数的存储器、用于为滤波器系数进行内插计算的硬件、和用于计算数据和系数的内积的乘累加单元。在一般情况下，这些部件全是使用专用硬件实施的。这是极其昂贵的，尤其是在需要进行计算的附加逻辑电路方面以及输入采样数据需要的专用存储器方面更贵。这些存储器相对小、并且因此利用硅区的效率相对低。虽然也可能完全用软件实施采样速率转换器，但这样的实施方案在一般情况下不可能提供支持音频应用所必需的速度。

因此，本发明的系统和方法利用硬件和软件部件的组合来实现在采样速率转换器中的速度和效率这两者。这些系统和方法使用具有足够大的计算能力和存储容量的处理器来实现所要求的部件。

现在参照附图4，其中表示说明本发明的一个实施例的采样速率转换器的部件的示意图。图4的下半部大体上对应于将要转换的音频数据的数据路径，图4的上半部大体上对应于用于控制实际的采样速率转换的控制路径。

如图4所示，接收音频数据流的样本，并将其存储在输入先进先出队列(inputFIFO)405中。输入数据流的采样速率为Fin。从先进先出队列405读出样本并且通过卷积引擎410使所说样本与一组内插系数卷积。卷积引擎410有效地向上采样或向下采样所说数据，以产生速率等于采样速率转换器的输出速率(Fout)的样本。将这些样本存储在输出先进先出队列(output FIFO)406中。然后以速率Fout从输出先进先出队列406中读出样本。

通过速率估算器的计数器421和422接收与音频数据有关的帧同步信号。速率估算器的计数器421和422简单地计数在各个通道上接收的样本之间的时钟周期的数目。(要说明的是，虽然本实施例具有两个通道和对应的速率估算器，但是其它的实施例还可以处理N个通道并且具有N个对应的部件组。)通过多路转换器430选择速率估算器计数器之一，并且通过低通滤波器440滤波对应的计数。经过滤波的采样速率计数转送到相位选择单元450，并用于为多相滤波器内插滤波器系数。然后，在卷积单元410中，使内插的多相滤波器系数与数据样本卷积以产生重新采样的数据。

数据样本通过先进先出队列405和先进先出队列406的流动是由先进先出管理单元407管理的。根据数据的流动，先进先出管理单元407向反馈单元470提供反馈。这个反馈用于调节低通滤波器440。这有效地调节估算的采样速率，因此调节了在采样速率转换器中进行的系数内插。由此也调节了采样速率转换，从而可以更加紧密地跟踪实际的输入采样速率并且可以防止先进先出队列405和406的溢出或下溢。

可以看出，图4的部件或者为硬件(HW)或者为软件(SW)。在这个实施例中，硬件部件包括输入和输出先进先出队列405、406、速率估算器421、422、多路转换器430、低通滤波器440、和系数内插器460。用硬件实施这些部件有各种各样的理由。例如，用硬件实施系数内插器460的理由是内插过程必须足够快地进行以便提供将要与卷积单元410中的数据样本卷积的滤波器系数。用硬件可以很容易地和高效率地实施速率估算器的计数器421、422，这是因为它们是需要快速更新的简单计数器，而不是完整的速率估算单元。计数器的值是通过软件读出的，所说的软件实际上执行速率估算(并且在一个实施例中，所说的软件对于所有的通道是共用的)。反馈单元470可用软件高效地实施，而输入和输出的先进先出队列405和406是用软件在作为先进先出队列控制的存储空间中有效地实施的。换句话说，先进先出队列405、406不是实施成小型独立的存储器，而是使用了数字信号处理器的较大的存储空间。

在一个实施例中，速率估算器的计数器421、422是24比特的计数器。每个计数器可以从4个输入帧同步信号中选择SAI LRCK；SPDIF RX帧同步；分组数据帧同步；和ESSI帧同步。通过在帧同步信号的计数周期期间内计数数字信号处理器时钟周期的数目，可以实现周期测量。计数周期是可以编程的，通常所说周期等于1。在这个实施例中，计数与增益相乘。这个增益是一个12比特的整数，通常将这个整数设置成2的乘方，即等于移动一个小数点。这可能便于增加低通滤波器440中的分辨率。

在一个实施例中，低通滤波器440是一个二阶的IIR滤波器。这个滤波器例如可以包括一对级联的一阶IIR滤波器。低通滤波器440衰减从速率估算器的计数器接收的计数的抖动。这样就可以保征计数的变化是缓慢的，并且由此可以改善采样速率转换的质量。由低通滤波器实施的均衡过程产生了缓解下溢和溢出的可能性。这个问题是通过用软件实施闭合回路反馈解决的，所说的软件调节一个24比特的偏差，这个偏差附加到计数值上，然后再使这个值通过低通滤波器440。在一个实施例中，低通滤波器440的滤波器系数是可以调节的，从而可以进行快速的频率和相位锁定。

系数内插器460与存储这些系数的ROM、以及为检索内插器使用的系数提供地址的ROM地址发生器一起操作。滤波器系数实际上存储在两个ROM内，一个存储偶数系数，另一个存储奇数系数。内插器执行三次样条插值。这种内插使用了一个5阶段、两个循环的流水线来执行内插，由此可使资源共享，同时可以维持每两个时钟循环有一个内插的总处理能力。

用软件实施的部件包括：卷积单元410、相位选择单元450、先进先出管理单元407、和反馈单元470。这些部件提供在现有技术的严格硬件实施方案中不可能提供的灵活性。软件部件读出速率估算器421、422的值，并且从这些值确定输入采样速率。通过来自软件部件如先进先出管理单元407和反馈单元470的反馈可以调节速率估算值。然后，相位选择单元450使用估算的速率内插多相滤波器系数，并且通过卷积单元410执行这些系数与输入数据样本的卷积。卷积单元410是用软件实施的，因为典型的数字信号处理器可以有效地实现这项功能，同时可以从主存储器中读出样本并从系数内插器460中读出系数。

在一个实施例中，采样速率转换器的软件负责执行多项任务。例如，如以上所述，速率估算器的计数器421、422将它们的各自的计数器值与一个增益相乘，但这个增益是由这个软件确定的。类似地，用于在速率估算器计数器后边的低通滤波器的偏差和滤波器系数是通过这个软件确定的。这个软件进一步还负责计算输入采样速率(Fin)与输出采样速率(Fout)之比，这个比值在优选实施例中是固定的。根据采样速率与经过滤波的计数器的值之比，所说软件确定滤波器长度、相位、和用于内插多相滤波器系数的相位增加。进而，这个软件还负责卷积多相滤波器系数与输入样本，管理输入和输出先进先出队列，并提供反馈以调节估算的输入采样速率。

在数据处理器中实施软件部件。典型的现代处理器具有极其有效地执行紧凑循环(tight loop)同时读出数据流的能力。例如，数字信号处理器(DSP)具有“零耗循环(zero overhead looping)”的能力。现代的微控制器还具有每个周期执行多个指令的能力。这些数字信号处理器和微控制器在一般情况下还具有使其适合于采样速率转换器应用的分开的程序和数据存储器。

这些处理器具有在一个处理器周期中执行例如下所述任务的能力：从存储器中读出一个数据样本(如由采样指针寄存器指示的)、更新采样指针寄存器以指向下一个样本、从外围系数内插单元提取一个系数值、用这个系数值去乘数据样本、在数据寄存器中相加(累加)乘法结果。如果多相滤波器包含X个系数，则使用X个时钟周期来计算一个输出样本。

一个处理器可以同时地处理一系列并行的通道Y，在这里，Y受到累加器和采样指针寄存器的可以利用的数目的限制。当使用相同的系数同时处理Y个通道时，可以设计出相对紧凑的硬件在Y个循环中或小于Y个循环中执行下述的任务：从存储器中读出一系列系数(如由系数指针指示的)、更新系数指针寄存器、执行内插以计算滤波器系数到期望的精度。

在“伪C”中，处理器进行如下的操作：

为每个输出样本

启动硬件系数计算器

for j＝1 to Y

  o[Y]＝0；           //启动累加器

  p[Y]＝start(N)；     //启动指针

for i＝1 to X          //对于每个系数

  C＝mem[coeff]     //读出系数

  for j＝1 to Y        //对于每个通道

      o[Y]+＝C*mem[p[Y]++]

在一般情况下，使用j的内部循环可以被展开，下一个系数的读出可以与最后一次迭代(j＝Y)并行地进行。一个简单有效的处理器可能为每个Y的循环计算出一个新的系数。一个比较灵活的解决方案可能在Y个循环或较少的循环中计算出一个系数。当新的样本变为可以利用的时候，停止这种计算，一直到读出这个样本并且因此自动调节到数字信号处理器读出滤波器系数的速率时为止。除了使Y的实际值更加灵活以外，这还将允许处理器周期性地停止计算并且可以提供其它的功能如中断。

本发明的实施例可以提供一系列优点，这些优点在现有技术中是得不到的。例如，硬件和软件部件的组合可以以极高的水平允许本发明的系统和方法在采样速率转换器功能的性能方面提供更高的速度和灵活性，这在全部由硬件或全部用软件实施的现有技术系统中是办不到的。它们的实施效率比现有技术要高。

在某些实施例中，采样速率转换器的部件可以在两个或多个独立的采样速率转换路径之间共享。例如，两个不同的路径可以使用同一个多相滤波器系数内插硬件，其中可能包括存储系数的ROM、地址发生器、和内插器本身。在采样速率转换路径上共享的资源的另外的实例是执行各自路径上的软件部件的数据处理器。尽管有共享的资源，但是每个采样速率转换路径都与其它路径无关地实现各自的采样速率转换功能。

本发明的至少某些实施例的另外的优点是能够处理具有允许变化的采样速率的输入数据流。因为每个采样速率转换路径都包括一个采样速率估算器，用于确定输入采样速率，并且还包括各种不同的部件，用于针对这个输入采样速率修改采样速率转换器的功能，所以这个采样速率转换器不容易因为采样速率的变化产生误差。一个相关的优点是能够针对具有不同的采样速率的输入数据流独立地修改两个不同的采样速率转换路径。

另一个优点是能够简化采样速率转换器的某些部件的实施方案。例如，在一个实施例中，对于每个采样速率转换路径的速率估算器硬件都包括一个简单的计数器。这个计数器能够很容易地由一个软件部件读出，然后可以根据计数器的值来确定输入数据流的采样速率。

本领域的普通技术人员应该理解，使用各种不同技术中的任何一项技术都可以代表信息和信号。例如，通过电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子、或者它们的任意组合都可以代表在以上整个所述的内容中引用的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号、和芯片。使用任何合适的传输媒介，其中包括导线、金属轨迹、通孔、光纤、或类似物，都可以在所公开的系统的各个部件之间交换信息和信号。

本领域的普通技术人员应该认识到，结合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。为了清楚说明硬件和软件的这种互换性，以上按照功能总体描述了各种说明性的部件、逻辑块、模块、电路、和步骤。这些功能是作为硬件还是作为软件实施的，取决于强加在整个系统上的特定的应用和设计约束限制。本领域的普通技术人员可以按照每一个特定应用的不同方式来实施所述的功能，但是这样的实施方案的确定不应解释为偏离了本发明的范围。

结合在这里公开的实施例描述的各种说明性的逻辑块、模块、和电路可以利用通用处理器、数字信号处理器(DSP)或其它逻辑设备、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、或者它们的用于实现这里描述的功能的任何组合来实施或实现。通用处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、状态机、或类似物。还可以将处理器实施为计算装置的组合，例如数字信号处理器和微处理器的组合、多个微处理器、与数字信号处理芯结合的一个或多个微处理器、或者任何其它这样的配置。

结合这里公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、由处理器执行的软件或固件模块、或者它们的组合直接实施。软件产品可以驻留在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的存储介质内。一个典型的存储介质耦合到处理器上，以使处理器可以从所说存储介质中读出信息并且可以将信息写入到存储介质内。在可替换方案中，存储介质可以集成到处理器。处理器和存储介质都可以驻留在一个专用集成电路中。专用集成电路可以驻留在用户终端。在可替换方案中，处理器和存储介质都可以作为分立的部件驻留在用户终端内。

提供公开的实施例的以上描述的目的是使本领域的普通技术人员能够制造并使用本发明。对于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很容易变为显而易见，可以将这里描述的一般原理应用到其它实施例而不会偏离本发明的构思和范围。这样，不期望将本发明限制在这里描述的实施例，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。

以上参照具体的实施例描述了本发明能够提供的好处和优点。这些好处和优点，以及使这些优点发生或变得更加突出的元件或限制，都不被认为是任何一个权利要求或者所有的权利要求的关键的、必要的、或本质的特征。如这里所用的，期望将术语“包括”或者它的任何其它的变化形式，解释成不排它地包括在这些术语之后出现的元件或限制。因此，一个系统、方法、或者包括一组元件的其它实施例不限于只有这些元件，还可以包括没有明显列出的或者要求保护的实施例本身固有的其它元件。

虽然参照特定的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。对于以上所述的实施例，许多变化、修改、增加、或改进都是可能的。可以预期，这些变化、修改、增加、或改进都将落在本发明的范围内。

Claims (20)

1.一种采样速率转换器，包括：

多个采样速率转换器部件，用于处理两个或多个通道的数据；

其中所述部件的第一部分包括硬件部件；

其中所述部件的第二部分包括软件部件；

其中一个或多个所述采样速率转换器部件在所述两个或多个通道之间被共享，并且，一个或多个所述采样速率转换器部件不由所述两个或多个通道共享；

其中所述两个或多个通道中的每一个都配置成可以处理具有采样速率的输入数据流，所述采样速率是可变的，且与其他通道处理的输入数据流的采样速率无关。

2.权利要求1的采样速率转换器，其中每个通道包括一个独立的速率估算器。

3.权利要求2的采样速率转换器，其中每个速率估算器包括一个独立的采样周期计数器。

4.权利要求3的采样速率转换器，其中通过利用共用的软件部件读每个采样周期计数器来确定每个输入数据流的采样速率。

5.权利要求3的采样速率转换器，其中所述通道之一是主通道，其余所述通道是次要通道，其中对于所述主通道估算采样速率，其中对于每个次要通道，确定对应的采样周期计数器与所述主通道采样周期计数器之比，并且其中每个次要通道的采样速率确定为所述主通道估算的采样速率乘以所述的比值。

6.权利要求1的采样速率转换器，其中每个通道实施一个多相滤波器，其中每个多相滤波器实施方案的系数是从滤波器系数的一个共用的组内插的。

7.权利要求1的采样速率转换器，其中用于处理每个通道的数据的所述部件包括：

速率估算器；

低通滤波器，其中所述速率估算器的输出通过所述低通滤波器；

相位选择单元，其中所述低通滤波器的输出提供给所述相位选择单元；

多相系数内插器，其中所述多相系数内插器根据所述相位选择单元的输出产生一组内插的多相滤波器系数；

卷积单元，其配置成可以卷积所述内插的多相滤波器系数与输入数据流的一个对应的样本；

输入先进先出队列，其配置成可以接收所述输入数据流的样本并且可以向所述卷积单元提供所述输入数据流的样本；

输出先进先出队列，其配置成可以接收来自所述卷积单元的输出数据流的样本；和

先进先出管理单元，其耦合到所述输入和输出先进先出队列并且配置成可以向所述低通滤波器提供反馈。

8.权利要求7的采样速率转换器，其中用硬件实施所述速率估算器、所述低通滤波器、和所述多相系数内插器。

9.权利要求7的采样速率转换器，其中用软件实施所述相位选择单元、所述卷积单元、和所述先进先出管理单元。

10.权利要求7的采样速率转换器，其中所述速率估算器包括一个计数器，所述计数器配置成可以计数所述输入数据流的采样周期，并且其中通过一个软件部件根据所述计数器的值计算输入采样速率。

11.权利要求1的采样速率转换器，其中所述采样速率转换器耦合到脉冲宽度调制(PWM)音频放大器，并且配置成可以从每个所述通道向脉冲宽度调制调制器提供处理过的数据。

12.一种用于转换具有独立可变的输入采样速率的两个或多个输入数据流为具有预先确定的输出数据速率的输出数据流的方法，所述的方法包括如下步骤：

接收多个输入数据流，其中每个输入数据流都具有可变且与其他输入数据流的输入采样速率无关的输入采样速率；及

使用采样速率转换器的至少一个硬件部件和采样速率转换器的至少一个软件部件处理所述输入数据流，以产生具有预先确定的输出采样速率的对应输出数据流，其中所述采样速率转换器部件中的至少一个被共享，并且所述采样速率转换器部件中的至少一个不被共享。

13.权利要求12的方法，进一步还包括估算每个独立的输入采样速率。

14.权利要求13的方法，其中估算输入采样速率包括：计数每个输入数据流中的一个采样周期内循环的数目，并且从在这个采样周期计数的循环数目计算对应的输入采样速率。

15.权利要求14的方法，其中计算用于不同的输入数据流的输入采样速率是通过单个软件部件完成的。

16.权利要求12的方法，其中所述至少一个硬件部件包括多相系数内插器。

17.权利要求12的方法，其中所述至少一个软件部件包括相位选择单元，所述相位选择单元选择用于内插一组多相滤波器系数的相位。

18.权利要求12的方法，其中所述至少一个软件部件包括卷积单元，所述卷积单元卷积内插的多相滤波器系数组与所述多个输入数据流中的第一输入数据流的对应样本，以产生所述输出数据流中的第一输出数据流。

19.权利要求12的方法，其中处理每个输入数据流包括：估算所述对应的输入采样速率；选择用于内插一组多相滤波器系数的相位；内插这组多相滤波器系数；卷积这组内插的多相滤波器系数与所述输入数据流的一个或多个样本；以及提供所述对应的输出数据流的最终样本。

20.权利要求19的方法，其中内插这组多相滤波器系数是用硬件实现的，卷积这组内插的多相滤波器系数与所述每个输入数据流的一个或多个样本则是用软件实现的。

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