CN104509007B - 融合期间iboc音频信号的自适应带宽管理 - Google Patents

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Abstract

通过使用从之前接收的音频帧计算的先行度量来动态调整数字音频广播信号的数字音频部分的立体声分离或带宽或者这二者以产生与模拟音频部分融合的经调整的数字音频部分，提供了用于平滑地融合复合数字音频广播信号的模拟部分和数字部分的方法及装置。

Description

融合期间IBOC音频信号的自适应带宽管理
技术领域
本发明一般而言针对复合数字无线电广播接收器以及用于操作其的方法。在一方面，本发明涉及用于在无线电接收器中融合音频信号的数字和模拟部分的方法及装置。
背景技术
数字无线电广播技术利用现有的无线电频带向移动、便携式和固定接收器输送数字音频和数据服务。称为带内同频(IBOC)数字无线电广播的一种类型的数字无线电广播利用数字调制的子载波或边带同时以相同的频率发送数字无线电和模拟无线电广播信号，以便在AM或FM模拟调制的载波信号上多路复用数字信息。由iBiquity Digital公司开发的HDRadioTM技术是用于数字无线电广播和接收的IBOC实现的一个例子。以这种布置，通过发送模拟音频AM或FM备份音频信号(该信号以多样性延迟被延迟)，音频信号可以在模拟调制的载波和数字调制的子载波上冗余地发送，使得在数字音频信号缺乏、不可用或降级时模拟AM或FM备份音频信号可以馈送到音频输出。在这些情形下，通过衰减数字信号，模拟音频信号逐步融进输出音频信号中，使得当数字信号变得不可用时音频完全融合成模拟的。数字信号到输出音频信号的类似融合在数字信号变得可用时通过衰减模拟信号而发生，使得在数字信号变得可用时音频完全融合成数字的。
尽管有融合功能的平滑性，但是，当模拟信号与数字信号之间的音频差异显著时，模拟信号与数字信号之间的融合过渡可以降级收听体验。因而，存在对用于处理数字音频以克服本领域中的问题(诸如以上所概述的)的改进方法和装置的需求。在参考以下附图和具体描述阅读本申请的其余部分之后，常规处理和技术的进一步限制和缺点将对本领域技术人员变得显然。
附图说明
当结合以下附图考虑下面的具体描述时，本发明可以得到理解，并且其多个目标、特征和优点也可以被获得，其中：
图1说明了根据选定的实施例的示例性数字广播接收器的简化时序框图，该接收器使用模拟信号特性作为初始设置以在对准和融合数字与模拟音频信号时自适应地控制信号带宽；
图2说明了根据选定的实施例的示例性数字广播接收器的简化时序框图，该接收器使用先行信号度量和上层质量指示器以在数字与模拟音频FM信号的融合期间自适应地控制带宽；
图3说明了根据选定的实施例的示例性FM解调模块的简化时序框图，该模块用于计算在对准和融合数字与模拟音频FM信号时使用的预定信号质量信息；
图4说明了根据选定的实施例的示例性AM解调模块的简化时序框图，该模块用于计算在对准和融合数字与模拟音频AM信号时使用的预定信号质量信息；
图5说明了根据选定的实施例的示例性数字无线电广播接收器的简化框图，该接收器使用预定信号质量信息以在模拟与数字信号的融合期间自适应地管理信号带宽；
图6说明了用于在融合无线电广播信号的数字部分的音频样本与无线电广播信号的模拟部分的音频样本时调整音频流的立体声分离的示例性处理；
图7说明了用于在融合无线电广播信号的数字部分的音频样本与无线电广播信号的模拟部分的音频样本时通过选择性地递增和递减音频带宽来自适应地管理信号带宽的示例性处理；
图8说明了用于在混合无线电广播信号的数字部分的音频样本与无线电广播信号的模拟部分的音频样本时自适应地管理信号带宽的示例数字滤波器实现；
图9说明了用于和图8中所示的数字滤波器实现一起使用的示例性带宽选择处理；
图10示出了具有平滑融合功能的接收器的功能框图，该功能用于基于先行信号度量缓慢地扩大和减小数字音频带宽；
图11示出了立体声/单声道融合矩阵混合电路及关联的立体声分离控制模块的功能图；以及
图12示出了用于可变带宽低通滤波器及其关联的音频带宽控制的功能图。
具体实施方式
描述了用于通过自适应地管理用于带上同频(IBOC)数字无线电广播信号的信号带宽来高效地融合(blend)数字信号与模拟信号的数字无线电接收器装置以及用于操作其的关联方法，以便在低带宽模拟信号与高带宽数字信号的融合期间提供IBOC信号的平滑过渡。为了防止在将低带宽音频信号(模拟音频)与高带宽音频信号(IBOC)(或者反过来)融合时发生的可听中断，数字音频带宽被自适应地控制成随着模拟音频带宽平滑地过渡。带宽控制可以通过以下来实现：由接收器的调制解调器前端从所接收的信号提取随时间的数字信号质量值(例如，在每个音频帧计算的信噪比测量)和/或选定的模拟信号特性，接着在接收器的后端处理器处使用提取出的信号信息来控制数字信号与模拟信号的融合。例如，来自模拟解调的信号的音频样本可以被处理，以提取或计算模拟信号特性信息(例如，信号基音(signal pitch)、响度和带宽)，这种信息可以被用来控制或管理用于数字解调器的带宽和/或响度设置。使用自适应带宽管理，首先被获取的数字信号使其数字音频带宽设置成最小水平(例如，单声道模式)，该最小水平与也处于单声道模式的模拟信号的音频带宽对应。接着，数字音频带宽可以基于信号条件缓慢扩大，由此使信号带宽从模拟信号带宽(例如，用于AM模拟音频信号的4.5kHz带宽或更低)逐步升高到数字信号带宽(例如，用于AM数字IBOC音频信号的15kHz带宽)。此外，音频信号应当从单声道模式过渡到立体声模式，以在信号条件允许时显出更高的保真度。当信号条件降级时(例如，在存在数字信号的损耗或干扰时)，通过缓慢地使数字音频带宽减小到最小，自适应带宽管理也可以在相反的方向中使用。在缩小数字音频带宽期间，立体声音频信号应当缓慢减小到单声道分量，使得在融合操作期间收听者察觉到平滑且无缝的音频信号。
现在将参考附图具体地描述本发明的各种说明性实施例。虽然在以下描述中阐述了各种细节，但是应当认识到，本发明没有这些具体细节也可以实践，并且可以对本文所描述的发明作出许多特定于实现的决策，以实现设备设计者的具体目标(诸如与处理技术或设计相关的约束的兼容)，这将从一种实现到另一种实现而不同。虽然这种开发努力可能是复杂而耗时的，但对受益于本公开内容的本领域普通技术人员来说，这不过是例行任务。例如，选定的方面以框图形式而不是具体地示出，以避免限制或模糊本发明。本文提供的具体描述的有些部分是按照对存储在计算机存储器中的数据进行操作的算法和指令给出的。这种描述和表示被本领域技术人员用来向本领域其他技术人员描述和传达他们工作的实质。一般而言，算法涉及导致所期望结果的步骤的自洽序列，其中“步骤”涉及物理量的操纵，物理量可以(但不是必需的)采取能够被存储、传送、组合、比较和以别的方式被操纵的电或磁信号的形式。将这些信号称为位、值、元素、符号、字符、项、数字等是常见的用法。这些和类似的术语可以与适当的物理量关联并且仅仅是用于这些量的方便标记。除非从以下讨论中明显地另外特别声明，否则应当认识到，贯穿本描述使用诸如“处理”或“计算”或“确定”等术语的讨论都指计算机系统或类似电子技术设备的动作和处理，其将计算机系统的寄存器和存储器中表示为物理(电子)量的数据操纵和变换成类似地表示为计算机系统存储器或寄存器或者其它此类信息存储、传输或显示设备中的物理量的其它数据。
现在参考图1，示出了根据选定的实施例的示例性数字广播接收器100的简化时序框图，该数字广播接收器100使用模拟信号特性作为初始设置以在对准和融合包含在所接收的混合无线电广播信号中的数字音频信号与模拟音频信号时自适应地控制信号带宽。在天线102处接收时，所接收的混合信号被处理持续通常是将依赖于实现的常数时间量的时间量TANT。接着，所接收的混合信号被IBOC信号解码器110数字化、解调并解码，这从模数转换器(ADC)111开始，模数转换器(ADC)111处理该信号持续通常是依赖于实现的常数时间量的时间量TADC，以产生下变频的数字样本，来产生较低采样速率的输出数字信号。在IBOC信号解码器110中，数字化的混合信号被分成数字信号路径112和模拟信号路径115，用于解调和解码。
在数字信号路径112中，混合信号解码器110获取并解调所接收的数字IBOC信号持续时间量TDIGITAL，其中TDIGITAL是将依赖于数字信号的获取时间和数字信号路径112的解调时间的可变时间量。由于诸如衰落和多径的无线电传播干扰，获取时间可以依赖于数字信号的强度而变。数字信号路径112应用层1处理，以使用相当确定性的处理来解调接收到的数字IBOC信号，该处理基于特定的实现提供非常少或者不提供数据的缓冲。接着，数字信号路径112把结果数据馈送到一个或多个上层模块，这些上层模块解码经解调的数字信号以最大化音频质量。在选定的实施例中，上层解码处理涉及基于无线广播条件缓冲所接收的信号。在选定的实施例中，上层模块可以实现用于每种IBOC服务模式(MP1-MP3、MP5、MP6、MP11、MA1和MA3)的确定性处理。如所绘出的，上层解码处理包括融合决策模块113和带宽管理模块114。融合决策模块113处理从数字信号路径112中的经解调的数字信号获得的先行度量，以指导音频过渡或融合模块115中音频与模拟信号的融合。在融合决策模块113处处理融合决策所需的时间是常数时间量TBLEND。带宽管理模块114动态地处理从数字信号路径112中经解调的数字信号提取的先行度量和/或上层信号度量信号，以便自适应地控制在将模拟音频帧与重新对准的数字音频帧融合时所使用的数字音频带宽。以这种方式，之前计算出的先行度量和/或上层质量指示器可以用来获得传入信号的先验知识，用于管理数字音频带宽来缓慢地增加和减小数字音频带宽，以防止将导致收听者疲劳的突然带宽变化。在带宽管理模块114处处理信号度量所需的时间是常数时间量TBWM。在这个例子中，花在解调和解码数字IBOC信号上的总时间TIBOC对于特定的实现是确定性的。
在模拟路径115中，所接收的混合信号的模拟部分被处理持续时间量TANALOG，以产生表示所接收的混合信号的模拟部分的音频样本，其中TANALOG通常是依赖于实现的常数时间量。此外，模拟路径115可以包括信号处理电路系统，用于处理来自模拟解调的信号的音频样本，以计算或提取预定的模拟信号特性信息，诸如信号基音、响度和/或模拟带宽信息。如在信号线116处所指示的，预定的模拟信号特性信息可以提供给带宽管理模块114，供在控制用于IBOC解调信号的带宽和响度的设置时使用。在其中模拟信号特性信息不可实时地用于在信号线116处传送的实施例中，带宽管理模块114可以存储凭经验计算的并用作起点来初始化数字音频带宽和响度设置的模拟信号特性值。
在音频过渡或融合模块117处，通过使用来自融合决策模块113的指导控制信令，来自数字信号的样本(经融合决策模块113和带宽管理模块114提供的)与来自模拟信号的样本(直接从模拟信号路径115提供的)对准并融合，以便如果用于数字信号的先行度量不好则避免不必要的从模拟到数字的融合。在音频过渡模块117处对准和融合数字信号与模拟信号所需的时间是常数时间量TTRANSITION。最后，组合的数字化音频信号被转换成模拟的，用于在通常是常数时间量的处理时间TDAC期间经数模转换器(DAC)118呈现，其中TDAC将是依赖于实现的。
图2中说明了用于在数字音频信号与模拟音频信号的融合期间自适应地控制带宽的示例性数字广播接收器200的示例性功能框图，该图说明了调制解调器层模块210和应用层模块220的功能性处理细节。图2中所说明的功能可以完全或部分地在基带处理器或类似的处理系统中执行，其中该基带处理器或处理系统包括被配置为(例如，用软件和/或固件被编程)执行所指定的功能并且合适地耦合到一个或多个存储器存储设备(例如，RAM、闪存ROM、ROM)的一个或多个处理单元。例如，任何期望的半导体构造方法都可以用来形成具有处理系统的一个或多个集成电路，其中该处理系统具有被布置成提供用于对准和融合数字音频信号与模拟音频信号的数字广播接收器功能块的一个或多个处理器以及存储器。
在所说明的接收器200中，调制解调器层210接收包含所接收的混合信号的模拟和数字部分的信号样本201，其中所接收的混合信号可以可选地被采样率转换(SRC)模块211处理持续处理时间TSRC。依赖于实现，SRC模块211可以存在或可以不存在，但是在被包括时，处理时间TSRC对于该特定的实现是常数时间。接着，数字信号样本被前端模块212处理，该前端模块212过滤并分配数字符号，以生成基带信号202。在选定的示例实施例中，前端模块212可以实现FM前端模块，其依赖于实现而包括隔离滤波器213、第一相邻消除器214和符号分配器215。在其它实施例中，前端模块212可以实现只包括符号分配器215而不包括隔离滤波器213或第一相邻消除器214的FM前端模块。在示例的FM前端模块212中，数字信号样本在处理时间TISO期间被隔离滤波器213处理，以过滤并隔离数字音频广播(DAB)上、下边带。接下来，信号可以在处理时间TFAC期间经过可选的第一相邻消除器214，以便衰减来自相邻FM信号带的、可能干扰感兴趣的信号的信号。最后，经衰减的FM信号(或者AM信号)进入符号分配器215，符号分配器215在处理时间TSYM期间累积样本(例如，用RAM缓冲区)。从符号分配器215，生成基带信号202。依赖于实现，隔离滤波器213、第一相邻消除器214和/或符号分配器215可以存在或者可以不存在，但是在被包括时，对应的处理时间对于该特定的实现是常数。
使用FM接收器时，获取模块216在处理时间TACQ期间处理来自前端模块212的数字样本，以从所接收的OFDM符号获取或恢复OFDM符号时序偏移或差错以及载波频率偏移或差错。当获取模块216指示它已获取数字信号时，它基于获取时间用获取符号偏移反馈信号来调整符号分配器215中样本指针的位置。接着，符号分配器215调用解调模块217。
解调模块217在处理时间TDEMOD期间处理来自前端模块212的数字样本，以解调信号并将用于解码的经解调的数据219呈现给应用层220用于上层处理，其中应用层处理时间的总时间TApplication＝TL2+TL4+TQuality+TBlend+TDelay+TBW。依赖于是执行AM解调还是FM解调，解调模块217对接收到的压缩音频数据执行去交织、编码组合、FEC解码以及差错标记。此外，解调模块217周期性地确定并输出信号质量测量218。在选定的实施例中，信号质量测量218随时间被计算为信噪比值(CD/No)，该值被存储在存储器或存储缓冲区230中，供在指导融合决策时用作先行度量231-234。
如从前面描述看到的，在调制解调器层210处的总处理时间是TMODEM＝TFE+TDEMOD，其中TFE＝TSRC+TISO+TFAC+TSYM。由于用于前端模块的处理时间TFE是常数，因此信号样本在天线处被接收的时间与信号样本被呈现给解调模块217的时间之间存在可以忽略的小差异。
在应用层220中，来自经解调的基带信号219的音频信号和数据信号被解多路复用，并且音频传输解码被执行。具体地，经解调的基带信号219传递到L2数据层模块221，该模块在数据层处理时间TL2期间执行层2数据层解码。此外，L2模块221可以生成层2信号质量(L2Q)信息227，该信息前馈到带宽管理模块226，作为用来管理数字音频带宽的上层信号度量。在L2模块221中所花的时间将是关于音频帧的常数并且将依赖于服务模式和频带。接着，经L2解码的信号传递到L4音频解码层222，该解码层222在音频层处理时间TL4期间执行音频传输和解码。在L4音频解码模块222中所花的时间将是关于音频帧的常数并且将依赖于服务模式和频带。
接着，经L4解码的信号传递到质量模块223，该模块223在处理时间TQuality期间实现质量调整算法，目的是为了如果之前计算出的信号质量测量指示信号将降级则使融合决策能够降低信号质量。此外，来自质量模块223的输出可以作为音频质量(AQ)信号信息228前馈到带宽管理模块226，以提供用来管理数字音频带宽的上层信号度量。在质量模块223中所花的时间将是关于音频帧的常数并且将依赖于服务模式和频带。
来自质量模块223的经解码的输出提供给融合决策模块224，该模块224在处理时间TBlend期间处理所接收的信号，目的是为了决定是留在数字或模拟模式还是开始数字地组合模拟音频帧与重新对准的数字音频帧。此外，融合模块224可以生成融合状态信号信息229，该信息作为用来管理数字音频带宽的上层信号度量被前馈到带宽管理模块226。在融合决策模块224中所花的时间将是关于音频帧的常数并且将依赖于服务模式和频带。融合决策模块224响应于音频质量(AQ)信号信息228来决定是融合到数字还是模拟，其中AQ信号信息228用于控制关于用来形成输出的信号模拟部分和数字部分的相对量的音频帧组合。如下文所述，选定的融合算法输出可以由单独的音频过渡模块(未示出)、服从由带宽管理模块226提供的带宽管理控制信令而实现。
来自融合模块224的经解码的输出提供给缓冲区225，该缓冲区在处理时间TDelay期间处理所接收的信号，目的是为了延迟和对准经解码的数字信号，以与经解码的模拟信号平滑地融合。虽然缓冲区225的尺寸可以变化以存储来自预定数量的数字音频帧(例如，20个音频帧)的经解码的数字信号，但是在延迟缓冲区225中所花的时间将是关于音频帧的常数并且也将依赖于服务模式和频带。例如，如果样本在时间“T”到达解调器模块217，则将对每种模式(FM-MP1-MP3、MP5、MP6、MP11和AM-MA1、MA3)花费常数时间(关于音频帧，其中每个音频帧的持续时间是46ms)来将样本本身呈现给带宽管理模块226，因此延迟缓冲区225被用来延迟经解码的信号到带宽管理模块226的输送。
在带宽管理模块226处，从数字信号提取出的先行度量和/或上层信号度量信息被处理，以自适应地控制在融合模拟音频帧与重新对准的数字音频帧时所使用的数字音频带宽。在选定的实施例中，先行度量是带宽管理模块226从缓冲区230中检索出的之前计算的信号质量测量CD/No值231-234。此外，带宽管理模块226可以接收由L2模块221、质量模块223和融合模块224计算的一个或多个上层信号度量227-229。带宽管理模块226在处理时间TBW期间处理先行度量和/或上层信号度量信息，以基于即将到来或“将来的”音频帧中的数字信号的信号强度来控制用来组合模拟音频帧与重新对准的数字音频帧的数字信号带宽。在带宽管理模块226中所花的时间TBW将是关于音频帧的常数并且将依赖于服务模式和频带。
在先行信号度量或上层信号度量指示即将到来的数字音频样本正在降级或者低于质量阈值测量的情况下，带宽管理模块226减小经解码的数字信号203的带宽。当信号条件降级时，数字音频带宽应当缓慢地减小到最小值，并且如果信号条件要求，则立体声音频信号应当缓慢减小到单声道分量，使得在融合操作期间不会注意到融合期间可感知的差异。以这种方式，当数字信号丢失时，避免了大的带宽过渡(例如，在AM中从15kHz到4kHz或更低，或者在FM中从20kHz到15kHz)。在先行信号度量或上层信号度量指示即将到来的数字音频信号质量正在改善或高于质量阈值测量的情况下，带宽管理模块226可以缓慢地增加经解码的数字信号203的带宽。此外，音频信号应当从单声道过渡到立体声，以显出更高的保真度。这种扩大不应当是突然的，而是应当使用预定或可调整的步进增量缓慢地过渡。在接收器在IBOC信号的初始获取或在存在干扰(由于GCS或AWGN或任何其它条件)之后的数字信号重新出现时从模拟到数字融合的情况下，带宽管理模块226可以将经解码的数字信号203的带宽设置成与现有的模拟信号带宽在听觉上兼容。以这种方式，带宽管理模块226防止破坏性的带宽变化(例如，在AM中从4kHz或更低到15kHz，或者在FM中从15kHz到20kHz)，这种变化听起来像突然增加了音频级别。
如本文所公开的，任何期望的评估算法都可以用来评估数字信号质量测量，以确定即将到来的数字音频样本的质量。例如，信号质量阈值(例如，Cd/Nomin)可以定义为了允许数字信号带宽的增加而在多个连续的音频帧上必须满足的最小数字信号质量测量。另外或者另选地，阈值计数可以确立触发器，用于如果未能满足信号质量阈值的连续音频帧的数量满足或超过该阈值计数则减小数字信号带宽。另外或者另选地，“滑动平均”或“多数表决”量化决策可以应用到存储在缓冲区230中的所有数字信号质量测量，以管理数字信号带宽。
存在使用之前计算的信号质量测量的能力，因为接收器系统本质上是确定性的，因此在样本到达解调模块217的时间与在带宽管理模块266处做出带宽决策的时间之间存在既定的常数时间延迟(关于音频帧)。因此，在信号获取期间存储在存储器/存储缓冲区230中的对样本计算的信号质量测量值(CD/No)可以用来为带宽管理模块266提供何时数字信号质量在改进或降级的事先或先验知识。通过计算并存储用于给定模式(例如，FM-MP1-MP3、MP5、MP6、MP11和AM-MA1、MA3)的系统延迟，在样本到达带宽管理模块266所需的时间延迟之后，存储在存储器/存储缓冲区230中的信号质量测量CD/No值231-234可以被带宽管理模块266使用。这是可能的，因为解调模块217与带宽管理模块226之间的处理时间延迟(TL2+TL4+TQuality+TBlend+TDelay)意味着带宽管理模块226在处理较旧的样本(例如，CD/No(T-N))，但是可以从存储器/存储缓冲区230访问“将来的”样本(例如，CD/No(T)、CD/No(T-1)、CD/No(T-2)等)。以这种方式，带宽管理模块226可以防止接收器在从低带宽音频信号(例如，模拟音频信号)融合到高带宽音频信号(例如，数字IBOC信号)时突然扩大音频带宽，由此减少收听体验中不愉快的中断。以类似的方式，如果存储的信号质量值(例如，231-234)指示所接收的数字信号在降级，则带宽管理模块226可以在数字信号降级时缓慢减小数字信号带宽。以这种方式，所存储的信号质量值(例如，231-234)提供平滑融合过渡的先行度量，以提供更好的用户体验。
示例性FM解调模块300在图3中说明，该图示出了根据选定的实施例的FM解调模块部件的简化时序框图，其中FM解调模块部件用于计算在对准并融合数字与模拟音频FM信号时使用的预定信号质量信息。如所说明的，所接收的基带信号301被频率调整模块302(经处理时间TFreq)处理以调整信号频率。作为结果的信号被开窗/折叠模块304(经处理时间TWfold)处理以开窗并折叠适当的符号样本，接着顺序地被快速傅立叶变换(FFT)模块306(经处理时间TFFT)、相位均衡模块308(经处理时间TPhase)和帧同步模块310(经处理时间TFrameSync)处理，以变换、均衡和同步要输入到信道状态指示器模块312用于(经处理时间TCSI)进行处理的信号，该处理用以生成信道状态信息315。
连同(由帧同步模块310提供的)服务模式信息311和(由信道状态指示器模块312提供的)边带信息313一起，信道状态信息315被信号质量模块314处理，以便计算随时间的信号质量值316(例如，SNR CD/No样本值)。在选定的实施例中，每个Cd/No值都在信号质量模块314处基于由CSI模块312提供的经均衡的上、下主边带313的信噪比(SNR)值来计算。SNR可以通过把来自每个单独的上、下主边带的I2和Q2求和来计算。另选地，SNR可以通过分别单独地计算来自上边带和下边带的SNR值，接着选择较强的SNR值来计算。此外，信号质量模块314可以使用从帧同步模块310中的系统控制数据提取出的主服务模式信息311来为不同的模式计算不同的Cd/No值。例如，CD/No样本值可以计算为Cd/No_FM＝10*log10(SNR/360)/2+C，其中“C”的值依赖于模式。基于输入，信号质量模块314生成用于符号跟踪模块317的信道状态信息输出信号值，在符号跟踪模块317中，这些输出信号值(经处理时间TRrack)被处理并接着被转发，用于在去交织模块318处(经处理时间TDeint)去交织以产生软判定位。维特比(Viterbi)解码器320处理软判定位，以便在层2输出线上产生经解码的节目数据单元。
示例性AM解调模块400在图4中说明，该图示出了根据选定的实施例的AM解调模块部件的简化时序框图，其中AM解调模块部件用于计算在对准并融合数字与模拟音频AM信号时使用的预定信号质量信息。如所说明的，所接收的基带信号401由载波处理模块402(经处理时间TCarrier)处理以生成时间域样本流。作为结果的信号由OFDM解调模块404(经处理时间TOFDM)处理以产生频率域符号矢量，该符号矢量被二进制相移键控(BPSK)处理模块406(经处理时间TBPSK)处理以生成BPSK值。在符号定时模块408处，BPSK值(经处理时间TSYM)被处理以导出符号定时误差值。均衡器模块410(经处理时间TEQ)将频率域符号矢量与BPSK和载波信号相结合地处理以产生经均衡的信号，用于输入到信道状态指示器估计器模块412进行处理(经处理时间TCSI)，以生成信道状态信息414。
连同(由BPSK处理模块406提供的)服务模式信息407和(由CSI估计器模块412提供的)边带信息413，信道状态信息414被信号质量模块415处理，以便计算随时间的信号质量值417(例如，SNR CD/No样本值)。在选定的实施例中，每个Cd/No值在信号质量模块415处基于由CSI估计模块412提供的经均衡的上、下主边带413来计算。SNR可以通过把来自每个单独的上、下主边带的I2和Q2求和来计算。另选地，SNR可以通过分别单独地计算来自上边带和下边带的SNR值，接着选择较强的SNR值来计算。此外，信号质量模块415可以使用由BPSK处理模块406提取的主服务模式信息407来为不同的模式计算不同的Cd/No值。例如，CD/No样本值可以计算为Cd/No_AM＝10*log10((800/SNR)*4306.75)+C，其中“C”的值依赖于模式。信号质量模块415还生成用于子载波映射模块418的CSI输出信号值416，在子载波映射模块418处，信号(经处理时间TSCMAP)被映射到子载波。接着，子载波信号被分支度量模块419(经处理时间TBRANCH)处理以产生分支度量，该分支度量转发到维特比解码器420，维特比解码器420(经处理时间TViterbi)处理软判定位，以便在层2输出线上产生经解码的节目数据单元。
如以上指示的，解调器模块为每种模式计算预定的信号质量信息，用于被带宽管理模块存储和检索，以管理数字音频带宽。虽然任何期望的信号质量计算都可以使用，但是在选定的实施例中，信号质量信息可以计算为信噪比(CD/No)，供在使用等式Cd/No_FM＝10*log10(SNR/360)/2+C指导FM融合决策时使用，其中“SNR”是从CSI模块312接收的经均衡的上、下主边带313的SNR，并且其中“C”对每种FM IBOC模式具有特定的值(例如，对于MP1是C＝51.4，对于MP2是C＝51.8，对于MP3是C＝52.2，并且对于MP5、MP6、MP11是C＝52.9)。类似地，信号质量信息可以计算为信噪比(CD/No)，供在使用等式Cd/No_AM＝10*log10((800/SNR)*4306.75)+C指导AM融合决策时使用，其中“SNR”是从CSI估计模块412接收的经均衡的上、下主边带413的SNR，并且其中“C”对每种AM IBOC模式具有特定的值(例如，对于MA1是C＝30，并且对于MA3是C＝15)。在其它实施例中，SNR可以单独对上边带和下边带计算，接着应用选择方法，诸如选择较强的SNR值。
为了进一步说明本发明的选定实施例，现在参考图5，该图说明了根据选定实施例的示例性IBOC数字无线电广播接收器500(诸如AM或FM IBOC接收器)的简化框图，该接收器使用预定的信号质量信息在融合模拟与数字信号时自适应地管理信号带宽。虽然为了示例性目的仅示出了接收器500的某些部件，但是应当很显然，接收器500可以包括附加的或更少的部件并且可以分布在具有调谐器和前端、扬声器、遥控器、各种输入/输出设备等的多个独立外壳中。此外，数字无线电广播接收器500中所示的许多或全部信号处理功能可以通过使用一个或多个集成电路实现。
所绘出的接收器500包括连接到前端调谐器510的天线501，其中天线501接收复合数字音频广播信号。在前端调谐器510中，带通预选滤波器511使感兴趣的频带(包括处于频率fc的期望的信号)通过，同时拒绝不期望的镜像信号。低噪声放大器(LNA)512放大经过滤的信号，并且经放大的信号在混合器515中与由可调谐的本地振荡器513在线路514上提供的本地振荡器信号flo混合。这在线路516上产生和(fc+flo)信号和差(fc-flo)信号。中频滤波器517使中频信号fif通过并且衰减在感兴趣的调制信号的带宽之外的频率。模数转换器(ADC)521使用前端时钟520操作，以便在线路522上产生数字样本。数字下变频器530频移、过滤信号并抽取信号的十分之一，以便在线路551上产生更低采样率的同相且正交的基带信号，并且还可以把接收器基带采样时钟信号(未示出)输出到基带处理器550。
在基带处理器550处，模拟解调器552解调基带信号551的模拟调制部分，以便在线路553上产生模拟音频信号用于输入到音频过渡模块569。此外，数字解调器555解调基带信号551的数字调制部分。当实现AM解调功能时，数字解调器555直接处理基带信号551的数字调制部分。但是，当实现FM解调功能时，在被呈现给OFDM数字解调器555之前，基带信号551的数字调制部分首先被隔离滤波器(未示出)过滤，接着被第一相邻消除器(未示出)抑制。在AM或FM解调器的实施例中，数字解调器555周期性地确定并在圆形或环形存储缓冲区540中存储信号质量测量556，供在带宽管理模块568处控制带宽设置时使用。信号质量测量可以对每种IBOC模式(MP1-MP3、MP5、MP6、MP11、MA1和MA3)计算为信噪比值(CD/No)，使得在时间(T-N)的第一CD/No值存储在544处，并且在时间(T-2)、(T-1)和(T)处的将来CD/No值顺序地存储在圆形缓冲区540中的543、542和541处。为了支持自适应带宽管理，模拟解调器552可以向带宽管理模块568提供实时模拟信号特性信息554，供在控制用于IBOC解调信号的带宽和响度的设置时使用。另选地，带宽管理模块568可以存储或检索预先计算的模拟信号特性值，这些值是凭经验计算的并且用来初始化数字音频带宽和响度设置。
在数字解调器555的处理之后，数字信号被去交织器557去交织，并且被维特比解码器558解码。服务解调器559从数据信号中分离主要和补充节目信号。处理器560处理节目信号，以便在线路565上产生数字音频信号。在融合决策模块566处，数字音频信号565被处理，以生成并控制用于在音频过渡模块569中融合模拟与主要数字音频信号的融合算法。融合决策模块566还可以生成连同用来管理数字音频带宽的一个或多个上层信号度量一起被直接前馈到带宽管理模块568的融合状态信息。来自处理器560的数字音频信号565还提供给对准延迟缓冲区567，用于延迟并对准经解码的数字信号与经解码的模拟信号。
在带宽管理模块568处，先行度量和/或上层信号度量信息被处理，以便自适应地控制在融合模拟音频帧与重新对准的数字音频帧时使用的数字音频带宽。在选定的实施例中，先行度量是从圆形缓冲区540检索545的一个或多个之前计算的信号质量测量CD/No值541-544。如果之前存储的数字信号质量测量541-544指示即将到来的音频样本被降级或低于质量阈值测量，则带宽管理模块568可以使用预定的逐步减低函数减小或缩小数字音频带宽的尺寸，直到达到适于平滑过渡到模拟音频带宽的最小数字带宽。以类似的方式，如果所存储的数字信号质量值(例如，541-544)指示所接收的数字信号在改进，则带宽管理模块568可以使用预定的逐步升高函数增加数字音频带宽的尺寸，以逐步增加数字音频带宽。在其它实施例中，所有非混合模式中的补充数字音频信号被旁路通过用于输出音频接收器(sink)570的融合处理块566-568和音频过渡模块569。
数据处理器561处理来自服务解调器560的数据信号，以便在数据线路562-564上产生数据输出信号，这些信号可以一起被多路复用到合适的总线上，诸如内部集成电路(I2C)、串行外围接口(SPI)、通用异步接收器/发送器(UART)或通用串行总线(USB)。数据信号可以包括例如SIS信号562、MPS或SPS数据信号563、以及一个或多个AAS信号564。
主机控制器580接收数据信号562-564(例如SIS、MPSD、SPSD和AAS信号)并用耦合到显示控制单元(DCU)582和存储器模块584的微控制器或其它处理功能来处理这些信号。任何合适的微控制器都可以使用，诸如AVR 8位精简指令集计算机(RISC)微控制器、高级RISC机器()32位微控制器或者任何其它合适的微控制器。此外，主机控制器580的一部分或全部功能可以在基带处理器(例如，处理器565和/或数据处理器561)中执行。DCU 582包括控制显示器的任何合适的I/O处理器，其中显示器可以是任何合适的视觉显示器，诸如LCD或LED显示器。在某些实施例中，DCU 582还可以经触摸屏显示器控制用户输入部件。在某些实施例中，主机控制器580还可以控制来自键盘、拨号盘、旋钮或其它合适输入件的用户输入。存储器模块584可以包括任何合适的数据存储介质，诸如RAM、闪存ROM(例如SD存储器卡)、和/或硬盘驱动器。在某些实施例中，存储器模块584可以包括在与主机控制器580通信的外部部件(诸如遥控器)中。
返回参考融合决策模块566，关于融合给出的一个挑战是模拟与数字音频输出之间的融合过渡时间相对地短(例如，一般少于一秒)。而且当较宽音频带宽的数字音频与较窄音频带宽的模拟音频之间的音频质量存在显著差异时，模拟和数字音频之间的频繁过渡会很令人讨厌。为了解决这个问题，融合决策模块566可以静态地控制融合功能，以防止数字音频的短突发，同时维持模拟信号输出，但是这种方法会降级模拟音频质量并且还使多样性延迟的潜在优点无效。另一种解决方案是在这些事件期间让融合决策模块566动态地控制数字信号的立体声分离和带宽，使得在立体声分离和带宽中数字音频更好地匹配到模拟音频，由此在用更好的数字音频信号填充降级的模拟音频信号时减轻令人讨厌的过渡。
为了进一步说明用于动态控制模拟与数字音频信号的融合的选定实施例，现在参考图6，该图说明了用于在融合无线电广播信号的数字部分的音频样本与无线电广播信号的模拟部分的音频样本时调节音频流的立体声分离的示例性处理600。立体声分离处理可以在带宽管理模块中实现，带宽管理模块在步骤632从对准延迟缓冲区(诸如图2中所示的延迟缓冲区225)接收PCM音频。在步骤634，带宽管理模块实现立体声分离处理601-630，以便计算用来调整音频流的立体声分离的当前立体声分离参数。在步骤636，具有经调整的立体声分离的音频样本发送到音频带宽控制块，在音频带宽控制块，数字信号的带宽可以被控制。
在立体声分离处理在步骤601开始之后，新的音频帧在接收器处被接收并解调(步骤602)。在帧被解调时，信号质量信息被提取以确定用作先行度量的数字信号质量。在这个时候，用于该帧的数字信号质量可以作为信噪比值(CD/No)对每种IBOC模式(例如，MP1-MP3、MP5、MP6、MP11、MA1和MA3)在数字信号路径中计算，接着存储在存储器(例如环形缓冲区)中，由此更新先行度量。当然，附加的IBOC模式可以在将来添加。除了从数字信号路径提取信号质量信息，用于该帧的模拟信号特性信息(例如，信号基音、响度和带宽)还可以在模拟信号路径中计算，供在控制或管理用于数字信号路径的带宽和/或响度设置时使用。
在步骤604，融合决策算法处理所接收的音频帧，以选择要在数字地组合音频帧的模拟部分与数字部分时使用的融合状态。选定的融合状态被音频过渡处理(未示出)使用，该处理通过融合相对数量的模拟和数字部分来执行音频帧组合，以形成音频输出。为此，融合决策算法可以建议“模拟”融合状态或“数字”融合状态，使得依赖于当前融合状态而产生“模拟-数字”或“数字-模拟”过渡。如果检测到“模拟”融合状态(从检测步骤604输出的“模拟”)，则通过把用于数字音频的“当前带宽”参数设置成起始缺省带宽值并且把用于数字音频的带宽定时器设置成零，用于数字音频的带宽和定时器值在步骤606中被初始化。但是，当检测到“数字”融合状态时(从检测步骤604输出的“数字”)，接收器设置在步骤608被检查，以查看是否允许“立体声”模式。
如果到立体声的过渡未启用(来自检测步骤608的否定结果)，则接收器可以经609前进到图7中所示的带宽管理处理。但是，如果到立体声的过渡被启用(来自检测步骤608的肯定结果)，则接收器设置在步骤610被检查，以确定当前数字带宽是否超过用于把音频信号从“单声道”过渡到“立体声”以便显出更高保真度的立体声带宽阈值。如果不满足立体声带宽阈值需求(来自检测步骤610的否定结果)，则用于数字音频的一个或多个立体声分离参数在步骤612设置成对应于“单声道”模式的预定值。例如，立体声分离参数可以包括“当前BW立体声(Current BW Stereo)”参数，该参数是在步骤612设置成指示接收器模式是“单声道”的第一值(例如，“0”)的标记。此外，“当前立体声分离(Current StereoSeparation)”参数可以在步骤612被设置成指示立体声分离程度的值(例如，“0”)。在选定的实施例中，“当前立体声分离”参数值的范围可以是从第一值(例如，指示完全单声道的“0”)到第二值(例如，指示完全立体声的“1”)，任何中间值指示减小的立体声分离。还可以有“当前立体声分离计数(Current Stereo Separation Count)”参数，该参数可以在步骤612设置为指示在把“当前立体声分离”参数递增预定的增量之前必须有多少音频帧具有好信号质量的值。在这个例子中，如果“当前立体声分离计数”参数具有值“0”，则这指示在“单声道”模式下没有立体声分离的递增。最后，立体声分离参数可以包括“立体声分离处理(Stereo Separation Process)”参数，该参数是在步骤612设置成指示接收器模式是“单声道”模式的第一值(例如，“0”)的标记，使得立体声分离处理不被启用。
一旦当前数字带宽超过立体声带宽阈值(来自检测步骤610的肯定结果)，接收器就在步骤614确定接收器当前是否处于“单声道”模式，诸如通过检测“当前BW立体声”参数是否设置成“0”。如果接收器处于“单声道”模式(来自检测步骤614的肯定结果)，则用于数字音频的选定的立体声分离参数在步骤616设置成对应于“单声道”模式的值。例如，“当前立体声分离”参数可以在步骤616设置成“0”，以指示在“单声道”模式下没有立体声分离。此外，“当前立体声分离计数”参数可以在步骤616设置成“0”，以指示在“单声道”模式下没有立体声分离的递增。最后，“立体声分离处理”参数可以在步骤616设置成“0”，以指示在“单声道”模式下不应用立体声分离处理。
另一方面，如果检测步骤614指示接收器当前处于“立体声”模式(来自检测步骤614的否定结果)，则用于数字音频的选定的立体声分离参数在步骤618设置成对应于到“立体声”模式的初始过渡的初始值。例如，“当前BW立体声”参数在步骤618设置成第二值(例如“1”)，以便把接收器模式改变成“立体声”。此外，“立体声分离处理”参数可以在步骤618设置成第二值(例如“1”)，以便指示立体声分离处理在“立体声”模式下被启用。
在用于数字音频的立体声分离参数在步骤618对于初始“立体声”模式被初始化之后，接收器在步骤620确定当前的立体声分离计数是否等于预设的单声道到立体声分离计数。如果尚未满足所需的具有好信号质量的音频帧数量(来自检测步骤620的否定结果)，则当前立体声分离计数在步骤622中递增，并且该处理经623前进以在步骤602接收下一个音频帧。另一方面，如果当前立体声分离计数满足预设的单声道到立体声分离计数需求(来自检测步骤620的肯定结果)，则接收器在步骤624确定递增当前立体声分离参数是否将满足或超过最大的预设单声道到立体声分离值。
在立体声分离处理中的这个时候，当前立体声分离计数需求已经被满足，因此当前立体声分离参数可以递增一增量值——假定当前立体声分离参数没有超过最大的预设单声道到立体声分离值。如果递增后的当前立体声分离参数将超过预设单声道到立体声分离值(来自检测步骤624的否定结果)，则在步骤626，通过把当前立体声分离参数设置成预设的单声道到立体声分离值，当前立体声分离已到最大限度(max out)，并且立体声分离处理参数复位成零。但是，如果递增后的当前立体声分离参数将小于或等于预设的单声道到立体声分离值(来自检测步骤624的肯定结果)，则当前立体声分离参数在步骤628递增一增量值。在步骤626和628之后，当前立体声分离计数参数在步骤630设置成“0”，以重启音频帧计数。
为了进一步说明用于动态控制模拟与数字音频信号的融合的选定实施例，现在参考图7，该图说明了用于通过选择性地递增和递减音频带宽而使用先行度量来动态管理数字音频信号带宽的示例性带宽管理模块700，使得在融合无线电广播信号的数字部分的音频样本与无线电广播信号的模拟部分的音频样本时，不会注意到感知差异。带宽管理模块700可以用一个或多个低通音频滤波器773实现，这些滤波器接收输入音频样本772并基于当前音频带宽控制输入信号771和一个或多个带宽控制信号770来处理输入音频样本772，并且从其生成被提供给扬声器或音频处理单元774的输出样本。所绘出的带宽控制信号770由带宽调整处理701-732生成，以便基于先行信号度量和上层质量指示器使用既定的步进尺寸来增加或减小带宽。如将认识到的，低通音频滤波器773的实现将依赖于处理器速度和存储器约束。
在带宽调整处理在步骤701开始之后，在步骤702融合算法处理所接收的音频帧，以选择在数字地组合音频帧的模拟部分和数字部分时使用的融合状态。选定的融合状态被音频过渡处理(未示出)使用，该处理通过融合相对量的模拟和数字部分来执行音频帧组合，以形成音频输出。为此，融合算法可以建议“模拟”融合状态或“数字”融合状态。
在步骤704，接收器检查当前带宽定时器和融合状态。如果检测到“模拟”融合状态或者当前带宽定时器已经达到最大预设定时器值(来自检测步骤704的否定输出)，则不需要带宽调整并且处理经705、723前进，以便在步骤724生成带宽控制信号770，该信号指示低通滤波器773保持当前带宽。但是，如果检测到“数字”融合状态并且当前带宽定时器还没有达到最大预设定时器值(来自检测步骤704的肯定输出)，则带宽调整处理在步骤706检测接收器是否处于“单声道”模式，诸如通过检测立体声分离处理参数是否设置成“单声道”设置(例如“0”)。
如果接收器被设置成“单声道”设置(例如，来自检测步骤706的肯定输出)，则处理经705、723前进，以便在步骤724生成带宽控制信号770，该信号指示低通滤波器773保持当前带宽。但是，如果当前立体声分离设置不为零(来自检测步骤746的否定输出)，则这指示当前立体声分离允许带宽调整，并且当前带宽定时器在步骤708递增既定的定时器增量。在示例的实施例中，定时器增量对应于音频帧的持续时间(例如，46ms)，但是其它定时器增量也可以使用。在递增当前带宽定时器之后，先行信号度量在步骤710被评估，以确定即将到来的音频帧的质量。在选定的实施例中，一个或多个之前计算的先行度量在步骤710被评估，以确定即将到来的音频帧的数字信号质量是否良好。评估步骤710可以从存储器检索在连续的音频帧上之前计算的Cd/No值并且把它们与阈值进行比较。如本文所公开的，任何期望的评估算法都可以用来评估数字信号质量测量，以确定即将到来的数字音频样本的质量。例如，信号质量阈值(例如，Cd/Nomin)可以定义为了允许数字信号带宽的增加而在多个连续音频帧上必须满足的最小数字信号质量测量。另外或者另选地，阈值计数可以确立用于如果满足信号质量阈值的连续音频帧的数量满足或超过阈值计数则增加数字信号带宽的触发器。另外或者另选地，“滑动平均”或“多数表决”量化决策可以应用到所有数字信号质量测量。如将认识到的，任何其它期望的量化决策比较算法都可以在步骤710使用。
如果用于即将到来的音频帧的先行度量看起来良好并且当前带宽定时器满足或超过最大预设定时器值(决策712的肯定结果)，则这指示条件适合扩大或增加数字音频带宽——假定当前数字音频带宽还没有到最大限度。这在步骤714进行评估，该步骤检测通过递增当前数字音频带宽预设的带宽逐步升高值，最大预设带宽是否将被超过。如果递增后的带宽将不超过最大允许的带宽(检测步骤714的肯定结果)，则在步骤726当前带宽递增预设的带宽逐步升高值并且当前定时器被复位，由此在步骤726生成带宽控制信号770，该控制信号指示低通滤波器773增加数字音频带宽。但是，如果递增后的带宽将超过最大允许的带宽(检测步骤714的否定结果)，则在步骤728中当前带宽被设置成最大预设带宽并且当前定时器被复位，由此在步骤728生成带宽控制信号770，该控制信号指示低通滤波器773把数字音频带宽增加到最大预设带宽。
如果信号条件在恶化，如由来自决策712的否定结果指示的，则类似的处理被用来减小或收缩当前带宽。在这种情况下，可以在步骤716检索一个或多个上层质量指示器，包括但不限于由上层L2解码模块提供的层2信号质量(L2Q)信息。另外或者另选地，音频质量(AQ)信号信息可以从来自质量模块的输出接收。
在步骤718，信号质量度量被评估，以确定信号条件是否随时间而恶化。在步骤718被评估的信号质量度量可以包括一个或多个之前计算的先行度量，这些先行度量指示即将到来的音频帧的数字信号质量是否是差的。评估步骤718可以从存储器检索在连续的音频帧上之前计算的Cd/No值并且把它们与阈值进行比较。如本文所公开的，任何期望的评估算法都可以用来评估数字信号质量测量，以确定即将到来的数字音频样本的质量。例如，信号质量阈值(例如，Cd/Nomin)可以定义如果未在多个连续音频帧上满足则将允许数字信号带宽被减小的最小数字信号质量测量。另外或者另选地，阈值计数可以确立用于如果未能满足信号质量阈值的连续音频帧的数量满足或超过阈值计数则减小数字信号带宽的触发器。另外或者另选地，“滑动平均”或“多数表决”量化决策可以应用到所有数字信号质量测量，以管理数字信号带宽。如将认识到的，任何其它期望的量化决策比较算法都可以在步骤718使用。
另外或者另选地，一个或多个上层质量指示器可以在步骤718被评估，以确定数字音频带宽是否应当减小。例如，评估步骤718可以计算或检索当前音频质量(AQ)信号值并且把它与质量阈值进行比较。如果当前AQ信号值低于质量阈值，则这将指示数字音频信号的失败。另外或者另选地，评估步骤718可以计算或检索L2质量值，用于与预定义的阈值进行比较。如果L2质量值低于预定义的阈值，则指示数字音频信号的失败。
如果信号质量度量指示数字音频信号没有失败(检测步骤718的否定结果)，则不需要带宽的减小，并且处理经719、723前进，以便在步骤724生成带宽控制信号770，该控制信号指示低通滤波器773保持当前带宽。但是，如果数字音频信号度量失败(检测步骤718的肯定输出)，则这指示条件适合收缩或减小数字音频带宽——假定当前数字音频带宽还没有最小化。这在步骤720被评估，该步骤检测通过递减当前数字音频带宽预设的带宽逐步减低值，最小化或起始预设带宽是否将达到。如果递减后的带宽将小于最小允许带宽(检测步骤720的否定结果)，则在步骤730把当前带宽设置成最小预设带宽并且当前定时器被复位，由此在步骤730生成带宽控制信号770，该控制信号指示低通滤波器773把数字音频带宽设置成最小或起始带宽。但是，如果递减后的带宽将不小于最小允许带宽(检测步骤720的肯定结果)，则在步骤732当前带宽递减预设的带宽逐步减低值并且当前定时器被复位，由此在步骤732生成带宽控制信号770，该控制信号指示低通滤波器773递减数字音频带宽。
如从以上所述看到的，低通滤波器773可以用三个音频滤波器实现，包括第一当前带宽音频滤波器、第二逐步升高带宽滤波器以及第三逐步减低带宽滤波器。通过给这三个音频滤波器都馈送相同的输入音频样本信号，滤波器切换机制可以用来选择性地选择到音频DAC774的PCM样本的音频滤波器输出。具体地，滤波器切换机制可操作成仅输出一个音频滤波器输出到音频DAC 774，同时系统对下一音频帧动态地更新另外两个可能的(逐步升高/逐步减低)音频滤波器组，以确保在该下一音频帧之前这两个音频滤波器都处于稳态。以这种方式，通过在运行中(in the fly)动态切换音频滤波器，避免了音频中断。在选定的实施例中，滤波器切换机制通过在当前音频帧期间准备下一个逐步升高/逐步减低音频滤波器并且在两级IIR滤波器的内部存储器中排出其初始过渡状态来操作。为此，切换机制可以使用三个动态更新的指针来实现，其中过滤后的音频总是选自稳态音频滤波器输出，并且只有一个新滤波器(逐步升高/逐步减低)将被初始化，而另一个滤波器将变成下一个逐步减低或逐步升高音频滤波器。逐步升高和逐步减低音频滤波器只对其内部存储器保持跟踪，而当前选定的音频滤波器将输出最终过滤后的音频流。逐步升高和减低滤波器的输出共享将被丢弃的单个输出缓冲区。
现在参考图8，说明了用于在融合无线电广播信号的数字部分的音频样本与无线电广播信号的模拟部分的音频样本时自适应地管理信号带宽的示例数字滤波器实现800。虽然用于滤波器的实现细节将是依赖于设备和资源的，但是示例数字滤波器800包括可用独立地接收输入音频样本804的三个独立的巴特沃斯(Butterworth)滤波器实现的三个滤波器810、812、814。第一个滤波器810是具有在由当前音频带宽控制输入信号802控制的当前BW处的上截止频率的低通音频滤波器。第二个滤波器812是具有在由逐步升高带宽控制输入信号806控制的递增或逐步升高带宽处的上截止频率的低通音频滤波器。最后，第三个滤波器814是具有在由逐步减低带宽控制输入信号808控制的递减或逐步减低带宽处的上截止频率的低通音频滤波器。来自这三个滤波器810、812、814的经过滤的输入音频样本通过使用带宽选择器电路816被多路复用，用于输出到扬声器或音频处理单元818。选择器电路816可以被来自带宽管理算法的带宽选择信号815控制，以便通过在三个滤波器810、812、814之间切换来选择经过滤的音频样本。只要滤波器在它们之间具有相同的延迟，这就将允许无缝的切换。如果接收器设备具有更多资源，则切换可以更动态并且用单个滤波器完成。
如上文中参考图7和8描述的，依赖于所采取的带宽调整处理步骤，在步骤724、726/728和730/732，当前BW计算在每个帧被动态更新。通过在每个音频帧动态更新和跟踪当前、逐步升高和逐步减低带宽滤波器，逐步升高和逐步减低BW滤波器的选择是无缝的，因为不需要用新的系数再次重启滤波器。在图8中，这是用带宽输入802、806和808以及音频输入样本804馈送到三个滤波器810、812、814来示例的，其中这些输入在每个音频帧被动态更新，用于由带宽算则电路816对期望输出进行选择。
为了说明图8中所示的数字滤波器800的操作，现在参考图9中所示的带宽选择处理900。在带宽选择处理在步骤901开始之后，在步骤902，当前数字音频带宽与上一个当前数字音频帧的带宽进行比较。如果存在匹配(检测步骤902的肯定结果)，则在步骤903生成带宽选择信号815，使得带宽选择器816从第一低通音频滤波器810选择当前带宽信号。但是，如果不存在匹配(检测步骤902的否定结果)，则在检测步骤904当前数字音频带宽与上一个当前数字音频帧的逐步升高带宽进行比较。
如果检测步骤904发现当前数字音频带宽与上一个当前数字音频帧的逐步升高带宽之间存在匹配(检测步骤904的肯定结果)，则在步骤905生成带宽选择信号815，用于让带宽选择器816从第二低通音频滤波器812选择带宽逐步升高信号。但是，如果不存在匹配(检测步骤904的否定结果)，则在检测步骤906当前数字音频带宽与上一个当前数字音频帧的逐步减低带宽进行比较。
如果检测步骤906发现当前数字音频带宽与上一个当前数字音频帧的逐步减低带宽之间存在匹配(检测步骤906的肯定结果)，则在步骤907生成带宽选择信号815，用于让带宽选择器816从第三低通音频滤波器814选择带宽逐步减低信号。但是，如果不存在匹配(检测步骤906的否定结果)，则在步骤908选择下一个音频帧进行处理。
如本文所公开的，提供了具有平滑的融合功能的方法和接收器，用于在融合期间动态地处理数字信号带宽和立体声分离，以便通过在先行信号度量显示信号质量在改进时缓慢扩大数字音频带宽并且通过在先行信号度量显示信号质量在降级时快速减小数字音频带宽来实现平滑的过渡。为了说明平滑融合功能的功能性，现在参考图10，该图说明了用于在模拟/数字融合混合模块150处融合模拟与数字音频帧的功能框图。如所绘出的，融合混合块150根据线路160上的控制输入把线路152、154、156和158上的模拟和数字音频样本进行混合或添加。控制输入160是可以在第一和第二值之间变化的变量，以控制用来产生输出信号的数字音频和模拟音频的量。例如，控制输入变量可以在零和一之间变化，其中一指示“全数字”混合，零指示“全模拟”混合，而零和一之间的值指示模拟和数字的适当混合。使用本文所公开的动态带宽管理和立体声分离技术，在模拟/数字融合混合之前，数字音频路径被修改，如在框162、164、166、168和176处所说明的。这些功能是“立体声/单声道混合”框162及其关联的“立体声分离控制”164，和“可变带宽LPF”框166及其关联的“音频带宽控制”框168。接收器数字信号处理器/解调器170产生模拟音频样本172和数字音频样本174。解调器170还生成数字信号质量值，诸如提供给数字音频质量框176的上层质量指示器和先行信号度量131-134，其中数字音频质量框176检测数字音频数据包差错和其它数字音频质量指示器。通过周期性地生成并存储随时间的先行信号度量131-134，数字音频质量方176有效地获得传入信号质量的先验知识，这可以用来动态地管理数字音频带宽和立体声分离，以便缓慢地增加和减小数字音频带宽，以防止将导致收听者疲劳的突然带宽变化。数字音频质量指示器的检测被用来控制立体声分离控制164、音频带宽控制168和模拟/数字融合控制178。立体声分离或带宽控制可以被单独地调整，但最大的益处可以通过一起调整它们来获得。
立体声/单声道融合是具有左(L)和右(R)音频输入和输出的矩阵混合电路。图11示出了这种立体声/单声道融合矩阵混合电路166与关联的立体声分离控制164的功能图，其中立体声分离控制164产生立体声分离控制值(SSCV)，该值应用到矩阵混合电路，以控制数字音频样本的混合。SSCV可以在第一和第二值之间变化，以便使用预定的增量值来控制数字音频信号中立体声分离的量，该增量值在所需的具有“好”信号质量的音频帧数量被满足时应用。例如，SSCV可以在零和一之间变化，其中一指示全立体声，零指示全单声道，而零和一之间的值指示减小的立体声分离。立体声分离控制164还产生带宽立体声标记(指示“立体声”或“单声道”模式)、立体声分离计数值(指示在增加立体声分离值之前所需的具有“好”信号质量的音频帧数量)、以及立体声分离处理标记(指示立体声分离处理是否在进行当中)。
图12示出了用于可变带宽低通滤波器(LPF)166及其关联的音频带宽控制168的功能图。这个音频带宽控制168使用先行信号度量和上层质量指示器181来产生音频带宽控制变量(ABCV)187，该变量可以在第一和第二值之间改变，以控制左和右数字音频信号的带宽。例如，ABCV 187可以在最小值(例如零)和最大值(例如一)之间变化，其中最大值指示全带宽，而最小值指示最小带宽，并且最小和最大值之间的值指示中间带宽。当先行信号度量181指示数字信号质量在改进时(来自检测步骤185的“好”结果)，当带宽控制模块186发出ABCV 187时，当前带宽使当前带宽缓慢递增或斜坡增加至最大预设带宽(步骤184)。但是，当先行信号度量和上层质量指示器181指示数字信号质量在降级时(来自检测步骤185的“差”结果)，当带宽控制模块186发出ABCV 187时，当前带宽快速递减或者减小至最小预设带宽(步骤183)。
如将认识到的，所公开的用于处理复合数字音频广播信号的方法和接收器装置以及本文所公开的编程功能性可以在硬件、处理电路系统、软件(包括但不限于固件、驻留软件、微代码等)中或者在其某种组合中实现，包括可从计算机可用或计算机可读介质访问的提供程序代码、可执行指令和/或数据的计算机程序产品，其中程序代码、可执行指令和/或数据由计算机或任何指令执行系统使用或与其结合使用，其中计算机可用或计算机可读介质可以是可包括或存储由指令执行系统、装置或设备使用或与其结合使用的程序的任何装置。非临时性计算机可读介质的例子包括半导体或固态存储器、磁带、存储卡、可移动计算机盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬磁盘以及光盘，诸如紧凑盘只读存储器(CD-ROM)，紧凑盘-读/写(CD-R/W)和DVD，或者任何其它合适的存储器。
到现在为止，应当认识到，本文提供了用于带内同频广播信号的接收器以及用于处理复合数字音频广播信号以平滑带内同频信号融合的关联的操作方法。如所公开的，所接收的复合数字音频广播信号被分成模拟音频部分和数字音频部分。数字音频部分被处理，以便对多个音频帧计算信号质量度量值，这些值可以存储在存储器中。处理可以包括从数字音频部分提取上层信号度量值。基于对一个或多个随后接收的音频帧计算的一个或多个信号质量度量值，第一音频帧中的数字音频部分被动态调整，以产生经调整的数字音频部分。在选定的实施例中，通过基于对一个或多个随后接收的音频帧计算的一个或多个信号质量度量值对第一音频帧中的数字音频部分调整音频带宽，数字音频部分被动态调整，以产生具有经调整的音频带宽的经调整的数字音频部分。这种带宽调整可以通过产生带宽控制变量来实现，其中带宽控制变量用于基于对一个或多个随后接收的音频帧计算的一个或多个信号质量度量值来控制经调整的数字音频部分的带宽。带宽调整还可以通过对多个低通数字音频滤波器(例如，巴特沃斯滤波器)应用输入音频样本来实现，所述多个低通数字音频滤波器包括具有在当前带宽处的上截止频率的第一低通音频数字滤波器、具有在逐步升高的带宽处的上截止频率的第二低通音频数字滤波器，以及具备在逐步减低的带宽的上截止频率的第三低通音频数字滤波器。在这种布置中，从第一、第二和第三低通数字音频滤波器输出的经滤波的音频样本可以通过使用受带宽选择信号控制的带宽选择器来选择，其中带宽选择信号基于来自当前音频帧的数字音频带宽值与来自前一音频帧的一个或多个数字音频带宽值的比较而在第一、第二和第三低通数字音频滤波器之间切换。以这种方式，当对一个或多个随后接收的音频帧计算的一个或多个信号质量度量值指示信号质量对于一个或多个随后接收的音频帧在改进时，第一音频帧中复合数字音频广播信号的数字音频部分的带宽可以增加。另选地，当对一个或多个随后接收的音频帧计算的一个或多个信号质量度量值指示信号质量对于一个或多个随后接收的音频帧在降低时，数字音频部分的带宽可以减小。在其它实施例中，通过基于对一个或多个随后接收的音频帧计算的一个或多个信号质量度量值来调整第一音频帧中的数字音频部分的立体声分离，数字音频部分被动态调整，以便产生具有经调整的立体声分离的经调整的数字音频部分。立体声分离调整可以通过产生立体声分离变量来实现，该立体声分离变量用于基于对一个或多个随后接收的音频帧计算的一个或多个信号质量度量值控制经调整的数字音频部分的立体声分离。此外，复合数字音频广播信号的模拟音频部分可以被处理，以计算模拟信号特性信息(例如，信号基音、响度或带宽特性)，供在动态调整复合数字音频广播信号的数字音频部分时使用。经调整的数字部分与模拟音频部分融合，以产生音频输出。
以另一种形式，提供了用于处理复合数字音频广播信号的方法和装置，以减轻数字音频广播信号接收当中的间歇式中断。如所公开的，复合数字音频广播信号作为多个音频帧被接收，并且每一帧被分成模拟音频部分和数字音频部分。对于每一个音频帧，信号质量度量值通过使用数字音频部分来计算，并接着存储在存储器中。通过使用从一个或多个随后接收的音频帧计算的一个或多个先行信号质量度量值，用于每一帧的数字音频部分的立体声分离被动态调整，以产生可以与对应的模拟音频部分融合以产生音频输出的经调整的数字音频部分。立体声分离可以通过产生立体声分离变量(如果当前带宽满足立体声带宽阈值需求的话)来动态调整，以控制数字音频部分的立体声分离。例如，立体声分离变量可以根据第一斜坡函数而变，其中第一斜坡函数具有当融进模拟音频部分中时的第一变化率以及当融出模拟音频部分时的第二变化率。此外，通过产生带宽控制变量以基于从一个或多个随后接收的音频帧计算的一个或多个先行信号质量度量值来控制数字音频部分的带宽，用于每一帧的数字音频部分的带宽可以被动态调整，以产生经调整的数字音频部分。
以还有另一种形式，提供了接收复合数字音频广播信号的无线电接收器和方法。无线电接收器包括用于接收多个音频帧中的复合数字音频广播信号的前端调谐器。此外，无线电接收器包括处理器，用于把复合数字音频广播信号的每一帧分成模拟音频部分和数字音频部分，使用来自所述音频帧的数字音频部分为每一个音频帧计算信号质量度量值，把用于每一个音频帧的信号质量度量值存储在存储器中，基于从一个或多个随后接收的音频帧计算的一个或多个先行信号质量度量值动态调整每一帧的数字音频部分的立体声分离或带宽或者这二者以产生经调整的数字音频部分，以及融合模拟音频部分与经调整的数字音频部分以产生音频输出。在选定的实施例中，无线电接收器包括第一、第二和第三低通音频数字滤波器，它们每个都耦合成接收输入音频样本，其中第一低通音频数字滤波器具有在当前带宽处的上截止频率，第二低通音频数字滤波器具有在逐步升高的带宽处的上截止频率，第三低通音频数字滤波器具有在逐步减低的带宽处的上截止频率。无线电接收器还包括带宽选择器，用于响应于带宽选择信号而选择从第一、第二和第三低通数字音频滤波器输出的经滤波的音频样本，其中带宽选择信号基于来自当前音频帧的数字音频带宽值与来自前一音频帧的一个或多个数字音频带宽值的比较而在第一、第二和第三低通数字音频滤波器之间切换。
虽然本文公开的所描述的示例性实施例针对用于使用数字信号质量先行度量来融合模拟和数字信号的示例性IBOC系统，但是本发明不必局限于说明本发明的发明性方面的示例实施例，本发明的发明性方面可应用于多种多样的数字无线电广播接收器设计和/或操作。因而，以上公开的特定实施例仅仅是说明性的并且不应当认为是对本发明的限制，因为本发明可以按照对受益于本文示教的本领域技术人员显然的不同但等效的方式被修改和实践。因而，以上描述不是要把本发明限定到所阐述的特定形式，相反，是要覆盖可以包括在如由权利要求定义的本发明主旨与范围内的此类另选方案、修改和等效物，因此本领域技术人员应当理解，在不背离本发明最广义形式的主旨与范围的情况下，他们可以进行各种改变、替换和更改。

Claims (20)

1.一种用于处理复合数字音频广播信号以平滑带内同频信号融合的方法，包括：
将接收到的复合数字音频广播信号分成模拟音频部分和数字音频部分；
处理复合数字音频广播信号的数字音频部分，以计算作为多个音频帧中的每一个音频帧的信噪比SNR测量的信号质量度量值，由此对所述多个音频帧计算信号质量度量值；
将信号质量度量值存储在存储器中；
基于对一个或多个随后接收的音频帧计算的一个或多个信号质量度量值，动态调整第一音频帧中的复合数字音频广播信号的数字音频部分，以产生经调整的数字音频部分；以及
将模拟音频部分与经调整的数字音频部分融合，以产生音频输出。
2.如权利要求1所述的方法，其中动态调整数字音频部分包括基于对一个或多个随后接收的音频帧计算的一个或多个信号质量度量值来调整用于第一音频帧中的数字音频部分的音频带宽，以产生具有经调整的音频带宽的经调整的数字音频部分。
3.如权利要求2所述的方法，其中调整音频带宽包括基于为一个或多个随后接收的音频帧计算的所述一个或多个信号质量度量值来产生带宽控制变量，该带宽控制变量用于控制经调整的数字音频部分的带宽。
4.如权利要求1所述的方法，其中动态调整数字音频部分还包括基于为一个或多个随后接收的音频帧计算的一个或多个信号质量度量值来调整第一音频帧中的数字音频部分的立体声分离，以产生具有经调整的立体声分离的经调整的数字音频部分。
5.如权利要求4所述的方法，其中调整立体声分离包括产生立体声分离变量，该立体声分离变量用于基于为一个或多个随后接收的音频帧计算的一个或多个信号质量度量值来控制经调整的数字音频部分的立体声分离。
6.如权利要求1所述的方法，其中信号质量度量值中的每一个在FM解调器中基于信噪比SNR来计算，该SNR是从由信道状态信息模块提供的上主边带和下主边带计算的。
7.如权利要求1所述的方法，其中信号质量度量值中的每一个在AM解调器中基于信噪比SNR来计算，该SNR是从由二进制相移键控模块提供的上主边带和下主边带计算的。
8.如权利要求1所述的方法，还包括处理复合数字音频广播信号的模拟音频部分，以计算模拟信号特性信息，供在动态调整复合数字音频广播信号的数字音频部分时使用。
9.如权利要求8所述的方法，其中模拟信号特性信息包括用于复合数字音频广播信号的模拟音频部分的信号基音、响度或带宽特性。
10.如权利要求1所述的方法，其中动态调整数字音频部分包括：当对一个或多个随后接收的音频帧计算的一个或多个信号质量度量值指示信号质量对于所述一个或多个随后接收的音频帧正在改善时，增加第一音频帧中的复合数字音频广播信号的数字音频部分的带宽。
11.如权利要求1所述的方法，其中动态调整数字音频部分包括，当对一个或多个随后接收的音频帧计算的一个或多个信号质量度量值指示信号质量对于所述一个或多个随后接收的音频帧正在降低时，减小第一音频帧中的复合数字音频广播信号的数字音频部分的带宽。
12.如权利要求1所述的方法，其中处理复合数字音频广播信号的数字音频部分还包括从数字音频部分提取上层信号度量值。
13.如权利要求1所述的方法，其中动态调整数字音频部分包括：
对第一低通数字音频滤波器、第二低通数字音频滤波器和第三低通数字音频滤波器应用输入音频样本，其中第一低通音频数字滤波器具有在当前带宽处的上截止频率，第二低通音频数字滤波器具有在逐步升高带宽处的上截止频率，而第三低通音频数字滤波器具有在逐步减低带宽处的上截止频率；以及
使用由带宽选择信号控制的带宽选择器选择从第一低通数字音频滤波器、第二低通数字音频滤波器和第三低通音频数字滤波器输出的经过滤的音频样本，其中带宽选择信号基于来自当前音频帧的数字音频带宽值与来自前一音频帧的一个或多个数字音频带宽值的比较而在第一低通数字音频滤波器、第二低通数字音频滤波器和第三低通音频数字滤波器之间切换。
14.如权利要求13所述的方法，其中第一低通数字音频滤波器、第二低通数字音频滤波器和第三低通数字音频滤波器每个都包括巴特沃斯滤波器。
15.一种用于处理复合数字音频广播信号以减轻数字音频广播信号的接收中的间歇式中断的方法，包括：
接收多个音频帧中的复合数字音频广播信号；
将复合数字音频广播信号的每一帧分成模拟音频部分和数字音频部分；
使用来自所述音频帧的数字音频部分来计算作为所述多个音频帧中的每一个音频帧的信噪比SNR测量的信号质量度量值；
将每一个音频帧的信号质量度量值存储在存储器中；
基于从一个或多个随后接收的音频帧计算的一个或多个先行信号质量度量值，动态调整每一帧的数字音频部分的立体声分离，以产生经调整的数字音频部分；以及
将模拟音频部分与经调整的数字音频部分融合，以产生音频输出。
16.如权利要求15所述的方法，其中动态调整立体声分离包括如果当前带宽满足立体声带宽阈值需求则产生立体声分离变量，以控制数字音频部分的立体声分离。
17.如权利要求16所述的方法，其中立体声分离变量根据第一斜坡函数而变，其中第一斜坡函数具有当融进模拟音频部分时的第一变化率以及当融出模拟音频部分时的第二变化率。
18.如权利要求15所述的方法，还包括：通过基于从一个或多个随后接收的音频帧计算的一个或多个先行信号质量度量值来产生控制数字音频部分的带宽的带宽控制变量，动态调整每一帧的数字音频部分的带宽，以产生经调整的数字音频部分。
19.一种无线电接收器，包括：
前端调谐器，用于接收多个音频帧中的复合数字音频广播信号；以及
处理器，用于将合成数字音频广播信号的每一帧分成模拟音频部分和数字音频部分，使用来自所述音频帧的数字音频部分来计算作为所述多个音频帧中的每一个音频帧的信噪比SNR测量的信号质量度量值，将每一个音频帧的信号质量度量值存储在存储器中，基于从一个或多个随后接收的音频帧计算的一个或多个先行信号质量度量值而动态调整每一帧的数字音频部分的立体声分离或带宽或者这二者以产生经调整的数字音频部分，以及将模拟音频部分与经调整的数字音频部分融合以产生音频输出。
20.如权利要求19所述的无线电接收器，还包括：
第一低通数字音频滤波器、第二低通数字音频滤波器和第三低通数字音频滤波器，每一个都耦合成接收输入音频样本，其中第一低通数字音频滤波器具有在当前带宽处的上截止频率，第二低通音频数字滤波器具有在逐步升高带宽处的上截止频率，而第三低通音频数字滤波器具有在逐步减低带宽处的上截止频率；以及
带宽选择器，用于响应于带宽选择信号而选择从第一低通数字音频滤波器、第二低通数字音频滤波器和第三低通数字音频滤波器输出的经过滤的音频样本，其中带宽选择信号基于来自当前音频帧的数字音频带宽值与来自前一音频帧的一个或多个数字音频带宽值的比较而在第一低通数字音频滤波器、第二低通数字音频滤波器和第三低通数字音频滤波器之间切换。
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