CN108649935A - 一种将数字音频信号直接调制成pwm波形的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提出一种将数字音频信号直接调制成PWM波形的系统及方法，音频处理技术领域。所述系统包括：解码模块，用于进行解码，信号连接于采样率转换模块；采样率转换模块，用于进行采样率转换，信号连接于过采样率FIR滤波模块；过采样率FIR滤波模块，用于进行过采样率FIR滤波，信号连接于高倍率插值模块；高倍率插值模块，用于进行高倍插值，信号连接于调制模块；调制模块，用于进行调制，信号连接于噪声整形模块；噪声整形模块，用于进行噪声整形，信号练就PWM发生器模块；PWM发生器模块，用于进行PWM发生，输出PWM波形。具有音质好、精度高、失真小、信噪比高和效率高的优点。

Description

一种将数字音频信号直接调制成PWM波形的系统及方法

技术领域

本发明涉及音频处理技术领域，具体而言，涉及一种将数字音频信号直接调制成PWM波形的系统。

背景技术

现在市场上的功放大部分还是ClassAB和ClassD，虽然D类功放也称作数字功放，但是输入依然是模拟信号，播放设备需要经过DAC转换和模拟传输才能给D类功放放大，模拟传输距离受到限制，而且容易受到干扰！

传统的D类功放，设计复杂，电源种类繁多，有功放主电源，一般+-60V～+-300V，驱动电源+12～36V，运放供电+-5V～+-24V，技术门槛高，需要由多年工作经验才能够设计，稳定性差，很容易自激、爆管，待机功耗大效率偏低(<85％)等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种将数字音频信号直接调制成PWM波形的系统，具有音质好、精度高、失真小、信噪比高和效率高的优点。

本发明的另一目的在于提供一种将数字音频信号直接调制成PWM波形的方法，具有相对应的优点。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种将数字音频信号直接调制成PWM波形的系统，所述系统包括：

解码模块，用于进行解码，信号连接于采样率转换模块

采样率转换模块，用于进行采样率转换，信号连接于过采样率FIR滤波模块；

过采样率FIR滤波模块，用于进行过采样率FIR滤波，信号连接于高倍率插值模块；

高倍率插值模块，用于进行高倍插值，信号连接于调制模块；

调制模块，用于进行调制，信号连接于噪声整形模块；

噪声整形模块，用于进行噪声整形，信号练就PWM发生器模块；

PWM发生器模块，用于进行PWM发生，输出PWM波形。

第二方面，本发明实施例还提供了一种将数字音频信号直接调制成PWM波形的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：输入数字音频，对输入的数字音频进行解码；

步骤2：将解码后的数字音频进行采样率转换；

步骤3：对采样率转换后的数字音频进行过采样率FIR滤波；

步骤4：对过采样率FIR滤波后的数字音频进行高倍率插值；

步骤5：对高倍率插值后的数字音频进行调制；

步骤6：对调制后的数字音频进行噪声整形；

步骤7：根据噪声整形后的数字音频生成PWM波形，并输出生成的PWM波形。

本发明实施例提供的一种将数字音频信号直接调制成PWM波形的系统及方法，具有音质好、精度高、失真小、信噪比高和效率高的优点。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例提供的将数字音频信号直接调制成PWM波形的系统的结构示意图。

图2示出了本发明实施例提供的将数字音频信号直接调制成PWM波形的方法的流程示意图。

图3示出了本发明实施例提供的纯数字分立件功放示意图。

图4示出了本发明实施例提供的纯数字集成功放示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

一种将数字音频信号直接调制成PWM波形的系统，所述系统包括：

解码模块，用于进行解码，信号连接于采样率转换模块

采样率转换模块，用于进行采样率转换，信号连接于过采样率FIR滤波模块；

过采样率FIR滤波模块，用于进行过采样率FIR滤波，信号连接于高倍率插值模块；

高倍率插值模块，用于进行高倍插值，信号连接于调制模块；

调制模块，用于进行调制，信号连接于噪声整形模块；

噪声整形模块，用于进行噪声整形，信号练就PWM发生器模块；

PWM发生器模块，用于进行PWM发生，输出PWM波形。

一种将数字音频信号直接调制成PWM波形的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：输入数字音频，对输入的数字音频进行解码；

步骤2：将解码后的数字音频进行采样率转换；

步骤3：对采样率转换后的数字音频进行过采样率FIR滤波；

步骤4：对过采样率FIR滤波后的数字音频进行高倍率插值；

步骤5：对高倍率插值后的数字音频进行调制；

步骤6：对调制后的数字音频进行噪声整形；

步骤7：根据噪声整形后的数字音频生成PWM波形，并输出生成的PWM波形。

进一步的，直接输入数字音频，支持AES3、I2S、TDM和PCM等数字接口，经过FPGA算法处理之后，直接输出PWM波形，PWM波形经过MOSFET驱动器直接驱动MOS管输出，输出的功率PWM波形经过LC滤波可以直接驱动扬声器，FPGA输出也可以直接驱动支持PWM接口的功放芯片(如TI的TAS5624A)。

进一步的，AES3输入经过SN75176A将差分信号转换成单独信号，直接给FPGA进行解码，I2S、TDM和PCM接口可以直接输入FPGA，FPGA经过解码、采样率转换、高倍率插值、调制、噪声整形等处理，然后通过LVDS接口输出。

进一步的，分立件功放为：FPGA输出的PWM信号直接驱动IRS20957芯片(MOSFET驱动芯片)，IRS20957芯片接MOS管，MOS管采用IR公司的IPP150N15，然后经过LC滤波输出给扬声器。

进一步的，集成功放为：FPGA输出的PWM信号直接驱动TAS5624，TAS5624输出后经过LC滤波输出给扬声器。

综上所述，本发明提供的一种将数字音频信号直接调制成PWM波形的系统及方法，经过FPGA处理直接输出的PWM波形；精度高：PWM的相位精度和脉宽精度达到600ps；失真小：MATLAB仿真失真度小于0.0001％，功放输出小于0.01％@1K；信噪比：MATLAB仿真>140dB，直接功放输出大于105dB；纯数字功放；效率高：分立件功放效率>95％，集成功放芯片效率>90％。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个单元、程序段或代码的一部分，所述单元、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个单元单独存在，也可以两个或两个以上单元集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Onl8Memor8)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memor8)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (2)

1.一种将数字音频信号直接调制成PWM波形的系统，其特征在于，所述系统包括：

解码模块，用于进行解码，信号连接于采样率转换模块

采样率转换模块，用于进行采样率转换，信号连接于过采样率FIR滤波模块；

过采样率FIR滤波模块，用于进行过采样率FIR滤波，信号连接于高倍率插值模块；

高倍率插值模块，用于进行高倍插值，信号连接于调制模块；

调制模块，用于进行调制，信号连接于噪声整形模块；

噪声整形模块，用于进行噪声整形，信号练就PWM发生器模块；

PWM发生器模块，用于进行PWM发生，输出PWM波形。

2.一种将数字音频信号直接调制成PWM波形的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：输入数字音频，对输入的数字音频进行解码；

步骤2：将解码后的数字音频进行采样率转换；

步骤3：对采样率转换后的数字音频进行过采样率FIR滤波；

步骤4：对过采样率FIR滤波后的数字音频进行高倍率插值；

步骤5：对高倍率插值后的数字音频进行调制；

步骤6：对调制后的数字音频进行噪声整形；

步骤7：根据噪声整形后的数字音频生成PWM波形，并输出生成的PWM波形。