CN116155294A - 音频数模转换器、设备、音频信号的数模转换方法及介质 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及音频解码技术，公开了一种音频数模转换器，包括：第一调制器、扩展噪声整形分离器、四个动态元件匹配模块、四个数模转换模块、加法器和模拟音频信号输出端，第一调制器的输入端用于接收数字音频信号，第一调制器的输出端电连接扩展噪声整形分离器的输入端，扩展噪声整形分离器的四路输出端分别电连接四个动态元件匹配模块的输入端，每个动态元件匹配模块的输出端均电连接一个数模转换模块的输入端，每个数模转换模块的输出端均电连接加法器的输入端，加法器的输出端电连接模拟音频信号输出端。本申请还公开了一种电子设备、音频信号的数模转换方法和计算机可读存储介质。本申请旨在降低音频数模转换器生成的模拟音频信号的带外噪声。
Description
技术领域
本申请涉及音频解码技术领域，尤其涉及一种音频数模转换器、电子设备、音频信号的数模转换方法以及计算机可读存储介质。
背景技术
音频数模转换器的功能是将数字音频信号转换为模拟音频信号，其被广泛地集成在具有放音功能的各种集成电路芯片中，例如：数字音频功放芯片、有线耳机芯片、电脑声卡芯片、手机主控SoC（System on Chip）芯片、无线耳机主控SoC芯片等。
目前，基于过采样音频DAC（Digital-to-Analog Converter）技术设计的音频数模转换器（如Khiem Nguyen等人在论文《A 108dB SNR，1.1mW Oversampling Audio DAC WithA Three-level DEM Technique [J].IEEE Journal of Solid-State Circuits,2008,43(12)：2592-2600.》里公布的过采样音频DAC技术设计的音频数模转换器），可以将采样率提升后的高精度数字音频信号转换为等价的高精度模拟音频信号，以满足用户对高保真音频的性能要求。但这种音频数模转换器为了降低量化噪声信号在音频带内的噪声（即带内噪声），通常采用三角积分调制器（Delta-Sigma Modulator，DSM）将输入的高精度数字音频信号结合量化噪声信号，调制为低精度的数字信号后，再进行相应的数模转换处理，但这样却会导致音频数模转换器最终输出的模拟音频信号的带外噪声偏高。而且音频数模转换器一般还需要将生成的模拟音频信号输出至耳机、喇叭等音响装置的驱动电路，由于这些驱动电路的传输特性自身也有非线性，因此当模拟音频信号在被这些驱动电路缓冲放大时，其偏高的带外噪声会被驱动电路的非线性传输特性混叠到音频带内，从而造成驱动电路输出的音频信号信噪比下降、保真度降低，甚至偏高的带外噪声会通过耳机线等导线对外辐射，可能会造成电磁干扰超标。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种音频数模转换器、电子设备、音频信号的数模转换方法以及计算机可读存储介质，旨在降低音频数模转换器生成的模拟音频信号的带外噪声。
为实现上述目的，本申请提供一种音频数模转换器，包括第一调制器、扩展噪声整形分离器、四个动态元件匹配模块、四个数模转换模块、加法器和模拟音频信号输出端，其中，所述第一调制器的输入端用于接收输入所述音频数模转换器的数字音频信号，所述第一调制器的输出端电连接所述扩展噪声整形分离器的输入端，所述扩展噪声整形分离器的四路输出端分别电连接四个所述动态元件匹配模块的输入端，每个所述动态元件匹配模块的输出端均电连接一个所述数模转换模块的输入端，每个所述数模转换模块的输出端均电连接所述加法器的输入端，所述加法器的输出端电连接所述模拟音频信号输出端；
所述第一调制器为三角积分调制器，用于对输入的数字音频信号进行精度降低处理；
所述扩展噪声整形分离器，用于将精度降低后的数字音频信号拆分为四路的数字音频信号，并分别输出至四个所述动态元件匹配模块；
所述动态元件匹配模块，用于将所述扩展噪声整形分离器输出的数字音频信号转换为编码信号；
所述数模转换模块，用于将编码信号转换为模拟音频信号；
所述加法器，用于将四个所述数模转换模块分别输入的四路模拟音频信号合成为一路模拟音频信号。
可选的，所述扩展噪声整形分离器包括三个三角积分调制器，分别为第二调制器、第三调制器和第四调制器；所述扩展噪声整形分离器还包括第一减法器、第二减法器和第三减法器；
所述第一调制器的输出端分别电连接所述第二调制器的输入端和所述第一减法器的第一输入端；
所述第二调制器的输出端电连接所述第一减法器的第二输入端，以及作为所述扩展噪声整形分离器的第一路输出端；
所述第一减法器的输出端分别电连接所述第三调制器的输入端和所述第二减法器的第一输入端；
所述第三调制器的输出端电连接所述第二减法器的第二输入端，以及作为所述扩展噪声整形分离器的第二路输出端；
所述第二减法器的输出端分别电连接所述第四调制器的输入端和所述第三减法器的第一输入端；
所述第四调制器的输出端电连接所述第三减法器的第二输入端，以及作为所述扩展噪声整形分离器的第三路输出端；
所述第三减法器的输出端作为所述扩展噪声整形分离器的第四路输出端。
为实现上述目的，本申请还提供一种电子设备，包括如上所述的音频数模转换器。
为实现上述目的，本申请还提供一种音频信号的数模转换方法，应用于如上所述的音频数模转换器；所述音频信号的数模转换方法包括：
基于第一调制器和预设量化噪声信号，对输入的第一数字音频信号进行精度降低处理，得到第二数字音频信号；
基于扩展噪声整形分离器，将所述第二数字音频信号拆分为四路的第三数字音频信号；
分别对四路的所述第三数字音频信号进行动态元件匹配处理，得到四路的编码信号；
基于数模转换模块，分别将四路的所述编码信号转换为四路的第一模拟音频信号；
将四路的所述第一模拟音频信号合成为一路的第二模拟音频信号进行输出。
可选的，所述四路的第三数字音频信号分别为：
A=Y+F•QN，其中N=16；
B=(Y-A)+F•QN，其中N=4；
C=(Y-A-B)+Fn•QN，其中N=1；
D=Y-A-B-C；
其中，A为第一路的所述第三数字音频信号，B为第二路的所述第三数字音频信号，C为第三路的所述第三数字音频信号，D为第四路的所述第三数字音频信号，Y为所述第二数字音频信号，F为噪声传递函数，n为C对应的三角积分调制器的阶级，Q为所述预设量化噪声信号，N为所述预设量化噪声信号的步进。
可选的，所述第二数字音频信号为：
Y=128X+Fm•QN，其中N=0.25；
其中，X为所述第一数字音频信号，F为噪声传递函数，m为所述第一调制器所采用的三角积分调制器的阶级，Q为所述预设量化噪声信号，N为所述预设量化噪声信号的步进。
可选的，所述第二数字音频信号的字长大于或等于10。
可选的，所述第二模拟音频信号为：
Vout=(IA+ IB+ IC+ ID)/128；
其中，IA为第一路的所述第一模拟音频信号，IB为第二路的所述第一模拟音频信号，IC为第三路的所述第一模拟音频信号，ID为第四路的所述第一模拟音频信号。
可选的，用于生成第一路的所述第一模拟音频信号的数模转换模块中，设置有8个单元的三态电流型数模转换电路；用于生成第二路的所述第一模拟音频信号的数模转换模块中，设置有4个单元的三态电流型数模转换电路；用于生成第三路的所述第一模拟音频信号的数模转换模块中，设置有4个单元的三态电流型数模转换电路；用于生成第四路的所述第一模拟音频信号的数模转换模块中，设置有8个单元的三态电流型数模转换电路。
为实现上述目的，本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有音频信号的数模转换程序，所述音频信号的数模转换程序被处理器执行时实现如上述音频信号的数模转换方法的步骤。
本申请提供的音频数模转换器、电子设备、音频信号的数模转换方法以及计算机可读存储介质，在现有的基于过采样音频DAC技术设计的音频数模转换器基础上，设计出一种新的音频数模转换器，并利用该音频数模转换器实现将采样率提升后的高精度数字音频信号转换为等价的高精度模拟音频信号，在满足用户对高保真音频的性能要求的同时，还能有效降低模拟音频信号的带外噪声。
附图说明
图1为本申请一实施例中音频数模转换器的结构示例图；
图2为本申请一实施例中频谱对比图；
图3为本申请一实施例中扩展噪声整形分离器的结构示例图；
图4为本申请一实施例中音频信号的数模转换方法步骤示意图。
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
另外，若本申请中涉及“第一”、“第二”等的描述，仅用于描述目的（如用于区分相同或类似元件），而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。
在一实施例中，本申请基于集成电路技术、音频解码技术和音频降噪技术，提出一种音频数模转换器，参照图1，所述音频数模转换器包括第一调制器10、扩展噪声整形分离器（Extended Noise-Shaped Splitter，ENSS）20、四个动态元件匹配（Dynamic-ElementMatching，DEM）模块30、四个数模转换模块40、加法器50和模拟音频信号输出端60，其中，所述第一调制器10的输入端用于接收输入所述音频数模转换器的数字音频信号，所述第一调制器10的输出端电连接所述扩展噪声整形分离器20的输入端，所述扩展噪声整形分离器20的四路输出端分别电连接四个所述动态元件匹配模块30的输入端，每个所述动态元件匹配模块30的输出端均电连接一个所述数模转换模块40的输入端，每个所述数模转换模块40的输出端均电连接所述加法器50的输入端，所述加法器50的输出端电连接所述模拟音频信号输出端60；
所述第一调制器10为三角积分调制器，用于对输入的数字音频信号进行精度降低处理；
所述扩展噪声整形分离器20，用于将精度降低后的数字音频信号拆分为四路的数字音频信号，并分别输出至四个所述动态元件匹配模块30；
所述动态元件匹配模块30，用于将所述扩展噪声整形分离器20输出的数字音频信号转换为编码信号；
所述数模转换模块40，用于将编码信号转换为模拟音频信号；
所述加法器50，用于将四个所述数模转换模块40分别输入的四路模拟音频信号合成为一路模拟音频信号。
其中，第一调制器的输入端可以作为音频数模转换器的输入端，而构成第一调制器的三角积分调制器中，设置有预设量化噪声信号和噪声传递函数（Noise TransferFunction，NTF），因此当音频数模转换器的输入端（即第一调制器的输入端）接收到高精度的数字音频信号（可标记为第一数字音频信号）时，则第一调制器可以将第一数字音频信号放大128倍，然后截断量化处理为预设字长（该预设字长大于或等于10字长）、步进为0.25、数值范围为[-128,+128]的低精度的数字音频信号，且字长截断量化同时引入了步进为0.25的量化噪声信号Q0.25，最终得到低精度的数字音频信号（可标记为第二数字音频信号）为：
Y=128X+Fm•QN，其中N=0.25；
其中，X为所述第一数字音频信号，F为噪声传递函数，m为所述第一调制器所采用的三角积分调制器的阶级，Q为所述预设量化噪声信号，N为所述预设量化噪声信号的步进（即第一调制器采用步进为0.25的量化噪声信号作为预设量化噪声信号）。
可选的，量化噪声信号Q和噪声传递函数F，均可以采用现有的基于过采样音频DAC（Digital-to-Analog Converter）技术设计的音频数模转换器所采用的量化噪声信号和噪声传递函数。其中，与现有的音频数模转换器的不同在于，本申请在处理第一数字音频信号时采用的预设量化噪声信号Q的步进为0.25，而现有技术在处理第一数字音频信号时所采用的量化噪声信号的步进通常为1。
可选的，m为第一调制器所采用的三角积分调制器的阶级，如若第一调制器为1阶的三角积分调制器，则m=1；如第一调制器为2阶的三角积分调制器，则m=2等等。其中，第一调制器所采用的三角积分调制器的阶级可选为1阶、2阶、3阶或更高阶。
需要说明的是，m同时代表了噪声传递函数F的阶级，即若第一调制器为m阶的三角积分调制器，那么相应地，第一调制器处理信号也会采用m阶的噪声传递函数F。
需要说明的是，在现有的基于过采样音频DAC技术设计的音频数模转换器中，往往是会将高精度的数字音频信号转换为9位字长的、步进为1的低精度数字音频信号；而本实施例与现有技术不同在于：本实施例基于第一数字音频信号转换得到的第二数字音频信号Y，其字长大于或等于10（可选为11（以下以Y的字长为11为例进行说明）），步进为0.25。
这样，量化噪声信号Q0.25会被第一调制器整形到音频频带以上的高频区间，从而使得第二数字音频信号Y中包含的音频信号可以保持第一数字音频信号X的高保真性能。
可选的，第一调制器生成第二数字音频信号Y后，即可将第二数字音频信号Y输出至扩展噪声整形分离器，由扩展噪声整形分离器将所述第二数字音频信号Y拆分为四路低精度的数字音频信号（可标记为第三数字音频信号，且第三数字音频信号分为四路）。
其中，11位字长的第二数字音频信号Y首先被截断量化为5位字长的、步进为16、数值范围为[-128,+128]的数字音频信号A。第二数字音频信号Y与数字音频信号A之间的量化误差随后被计算出来，标记为数字音频信号E1（E1=Y-A），它是7位字长的、步进为0.25、数值范围为[-16,+16）的数字音频信号。然后，将E1进一步截断量化为4位字长的、步进为4、数值范围为[-16,+16]的数字音频信号B。数字音频信号E1与数字音频信号B之间的量化误差随后被计算出来，标记为数字音频信号E2（E2=E1-B=Y-A-B），它是5位字长的、步进为0.25、数值范围为[-4,+4）的数字音频信号。然后，将E2进一步截断量化为4位字长的、步进为1、数值范围为[-4,+4]的数字音频信号C。数字音频信号E2与数字音频信号C之间的量化误差随后被计算出来，标记为数字音频信号D，它是4位字长的、步进为0.25、数值范围为[-2.0,+1.75]的数字音频信号。
可选的，生成信号A时引入的、用于字长截断的预设量化噪声信号Q的步进为16；生成信号B时引入的、用于字长截断的预设量化噪声信号Q的步进为4；生成信号C时引入的、用于字长截断的预设量化噪声信号Q的步进为1。
由此，可得本实施例所述的四路第三数字音频信号（即第一路的第三数字音频信号为A，第二路的第三数字音频信号为B，第三路的第三数字音频信号为C，第四路的第三数字音频信号为D）的表达式如下：
A=Y+F•QN，其中N=16；
B=(Y-A)+F•QN，其中N=4；
C=(Y-A-B)+Fn•QN，其中N=1；
D=Y-A-B-C；
其中，F为噪声传递函数，n为信号C对应的三角积分调制器的阶级。
可选的，扩展噪声整形分离器中设置有三个三角积分调制器，分别为第二调制器、第三调制器和第四调制器。其中，第二调制器和第三调制器分别用于生成信号A和B，且第二调制器和第三调制器均为1阶的三角积分调制器（表明第二调制器、第三调制器采用了1阶的噪声传递函数F来处理信号），而第四调制器用于生成信号C，且第四调制器为n阶的三角积分调制器（表明第四调制器采用了n阶的噪声传递函数F来处理信号），而n的取值范围可以是1、2、3或更高数值，n可选为2，以下以n=2为例进行说明。
其中，将Y=128X+Fm•Q0.25代入计算，可得：
A=Y+F•Q16=128X+Fm•Q0.25+ F•Q16；
B= -F•Q16 +F•Q4；
C=-F•Q4 +F2•Q1；
D=- F2•Q1；
可选的，扩展噪声整形分离器的每一路输出端均电连接一个所述动态元件匹配模块的输入端，在扩展噪声整形分离器将第二数字音频信号Y拆分为四路的第三数字音频信号A、B、C、D后，则可分别将信号A、B、C、D分别输出至相应的动态元件匹配模块中。
可选的，每一个动态元件匹配模块都可以将从扩展噪声整形分离器处接收到的第三数字音频信号，转换为等价且按动态元件匹配算法旋转扰动的三态有符号温度计的编码信号。其中，将信号A对应的编码信号标记为AD，将信号B对应的编码信号标记为BD，将信号C对应的编码信号标记为CD，将信号D对应的编码信号标记为DD。
需要说明的是，动态元件匹配模块中所采用的动态元件匹配算法，可以是现有的动态元件匹配算法，如现有的基于过采样音频DAC技术设计的音频数模转换器所采用的动态元件匹配算法。
可选的，在音频数模转换器中，为每个动态元件匹配模块均配置一个数模转换模块，每个动态元件匹配模块的输出端均电连接相应的数模转换模块的输入端，并在动态元件匹配模块将第三数字音频信号转换为编码信号后，即可将编码信号输出至相应的数模转换模块中。
可选的，将扩展噪声整形分离器的第一路输出端电连接的动态元件匹配模块标记为第一动态元件匹配模块，而将第一动态元件匹配模块的输出端电连接的数模转换模块标记为第一数模转换模块；将扩展噪声整形分离器的第二路输出端电连接的动态元件匹配模块标记为第二动态元件匹配模块，而将第二动态元件匹配模块的输出端电连接的数模转换模块标记为第二数模转换模块；将扩展噪声整形分离器的第三路输出端电连接的动态元件匹配模块标记为第三动态元件匹配模块，而将第三动态元件匹配模块的输出端电连接的数模转换模块标记为第三数模转换模块；将扩展噪声整形分离器的第四路输出端电连接的动态元件匹配模块标记为第四动态元件匹配模块，而将第四动态元件匹配模块的输出端电连接的数模转换模块标记为第四数模转换模块。
可选的，在第一数模转换模块中，设置有8个单元的三态电流型数模转换电路；在第二数模转换模块中，设置有4个单元的三态电流型数模转换电路；在第三数模转换模块中，设置有4个单元的三态电流型数模转换电路；在第四数模转换模块中，设置有8个单元的三态电流型数模转换电路。
需要说明的是，电流型数模转换电路中设置有电流型数模转换器（CurrentSteering Digital to Analog Converter），或称电流舵型数模转换器。
可选的，第一动态元件匹配模块在将信号A转换为编码信号AD后，可将AD输出至第一数模转换模块，由第一数模转换模块将编码信号AD转换为相应的模拟音频信号IA。其中，第一数模转换模块中8个单元的三态电流型数模转换电路，其单元权重均为16x，因此本实施例利用上标16x标记被单元权重为16x的三态电流型数模转换电路转换得到的信号，即得到模拟音频信号IA为：
IA=128
+Fm•/>
+ F•/>
；
需要说明的是，动态元件匹配算法可以将8个16x单元之间的单元失配1阶调制整形到高频，等效提高了三态电流型数模转换器的线性度，从而降低了该电路对制造工艺所生产的元器件的匹配精度要求。
可选的，第二动态元件匹配模块在将信号B转换为编码信号BD后，可将BD输出至第二数模转换模块，由第二数模转换模块将编码信号BD转换为相应的模拟音频信号IB。其中，第二数模转换模块中4个单元的三态电流型数模转换电路，其单元权重均为4x，因此本实施例利用上标4x标记被单元权重为4x的三态电流型数模转换电路转换得到的信号，即得到模拟音频信号IB为：
IB=-F•
+ F•/>
；
需要说明的是，动态元件匹配算法可以将4个4x单元之间的单元失配1阶调制整形到高频，等效提高了三态电流型数模转换器的线性度，从而降低了该电路对制造工艺所生产的元器件的匹配精度要求。
可选的，第三动态元件匹配模块在将信号C转换为编码信号CD后，可将CD输出至第三数模转换模块，由第三数模转换模块将编码信号CD转换为相应的模拟音频信号IC。其中，第三数模转换模块中4个单元的三态电流型数模转换电路，其单元权重均为1x，因此本实施例利用上标1x标记被单元权重为1x的三态电流型数模转换电路转换得到的信号，即得到模拟音频信号IC为：
IC=-F•
+ F2•/>
；
需要说明的是，动态元件匹配算法可以将4个1x单元之间的单元失配1阶调制整形到高频，等效提高了三态电流型数模转换器的线性度，从而降低了该电路对制造工艺所生产的元器件的匹配精度要求。
可选的，第四动态元件匹配模块在将信号D转换为编码信号DD后，可将DD输出至第四数模转换模块，由第四数模转换模块将编码信号DD转换为相应的模拟音频信号ID。其中，第四数模转换模块中8个单元的三态电流型数模转换电路，其单元权重均为0.25x，因此本实施例利用上标0.25x标记被单元权重为0.25x的三态电流型数模转换电路转换得到的信号，即得到模拟音频信号ID为：
ID=- F2•
；
需要说明的是，动态元件匹配算法可以将8个0.25x单元之间的单元失配1阶调制整形到高频，等效提高了三态电流型数模转换器的线性度，从而降低了该电路对制造工艺所生产的元器件的匹配精度要求。
其中，可将模拟音频信号IA、IB、IC和ID统称为第一模拟音频信号，而IA为第一路的所述第一模拟音频信号，IB为第二路的所述第一模拟音频信号，IC为第三路的所述第一模拟音频信号，ID为第四路的所述第一模拟音频信号。
可选的，每个数模转换模块的输出端均连接加法器的输入端，因此在每个数模转换模块基于编码信号生成相应的模拟音频信号后，可以将生成的模拟音频信号输出至加法器中，由加法器将接收到的四路模拟音频信号（即模拟音频信号IA、IB、IC和ID）合成为一路模拟音频信号（即IA+ IB+ IC+ ID）。
可选的，加法器的输出端电连接模拟音频信号输出端，而模拟音频信号输出端可以是I-to-V（电流转电压）输出级，且模拟音频信号输出端中电流到电压转换增益为1/128，因此在加法器将四路模拟音频信号合成为一路模拟音频信号输出至模拟音频信号输出端后，可由模拟音频信号输出端结合电流到电压转换增益，生成最终的模拟音频信号（可标记为第二模拟音频信号）作为音频数模转换器的输出，其中第二模拟音频信号的表达式如下：
Vout=(IA+ IB+ IC+ ID)/128；
将IA、IB、IC和ID分别代入计算得到：
Vout =
+{ Fm•/>
+ F•/>
+ F•/>
+ F2•/>
}/128；
可选的，噪声传递函数F=(1-z-1)，其中，z为Z变换（Z-transformation），是对离散序列进行的一种数学变换，常用于求线性时不变差分方程的解，此处是对数字信号作延迟的表示；将F=(1-z-1)代入计算可得：
Vout =
+{ (1-z-1)m•/>
+ (1-z-1)/>
+ (1-z-1)/>
+(1-z-1)/>
}/128；
从上述公式可以看出，经过上述信号处理和变换后，本实施例提供的音频数模转换器，通过使用8个单元且每个单元权重为16x的三态电流型数模转换电路就将输入的高精度的第一数字音频信号X转换成了等价的模拟音频信号
，这部分与现有的音频数模转换器相同，同样可极大降低模拟电路设计的难度和对制造工艺所生产的元器件的匹配精度要求（即这部分兼具现有的音频数模转换器相应的有益效果）。
而上式中的
可用于表示量化噪声信号Q16在被第一数模转换模块和第二数模转换模块分别转换为模拟信号时所遭受的转换失配；/>
可用于表示量化噪声信号Q4在被第二数模转换模块和第三数模转换模块分别转换为模拟信号时所遭受的转换失配。由于/>
和/>
同样是在被噪声传递函数1阶高通调制整形后，再按1/128加权影响最终生成的第二模拟音频信号Vout的，因此它们并不会成为音频数模转换器输出的第二模拟音频信号Vout的音频带内噪声或音频带外噪声的主要贡献者。
而上式中
表示量化噪声信号Q1在被第三数模转换模块和第四数模转换模块分别转换为模拟信号时所遭受的转换失配。这个转换失配是本实施例提供的音频数模转换器相对于传统音频数模转换器多引入的一种噪声，而且它是在被噪声传递函数2阶高通调制整形后，再按1/128加权影响最终生成的第二模拟音频信号Vout的，因此它也不会成为音频数模转换器输出的第二模拟音频信号Vout的音频带内噪声或音频带外噪声的主要贡献者。
而上式中(1-z-1)m•
/128可用于表示第一调制器引入且被调制整形后的量化噪声信号(1-z-1)m•Q0.25在第一数模转换模块转换为模拟信号后，按1/128加权影响最终生成的第二模拟音频信号Vout，加上本实施例第一调制器采用的量化噪声信号Q0.25相对于传统音频数模转换器所采用的量化噪声信号Q1减小了4倍，因此综上原因，在保持第一调制器的噪声传递函数与传统音频数模转换器相同的情况下，本实施例提供的音频数模转换器所输出的模拟音频信号，其音频带外噪声相对于传统音频数模转换器预期可以降低12dB左右。
参照图2，图2为输入相同的数字音频信号时，本实施例提供的音频数模转换器输出的模拟音频信号的频谱（标记为第一频谱），与传统音频数模转换器输出的模拟音频信号的频谱（标记为第二频谱）的仿真对比图。如图2所示，模拟音频信号的频率自9kHz往上，第一频谱对应的带外噪声就普遍低于第二频谱对应的带外噪声；尤其频谱在20kHz以上时，第一频谱对应的带外噪声相比于第二频谱对应的带外噪声，降低了12dB左右（如频率在1500kHz左右时，第一频谱对应的带外噪声为-73.94dB，第二频谱对应的带外噪声为-61.74dB，第一频谱对应的带外噪声比第二频谱对应的带外噪声小12.2dB）。
综上所述，利用本实施例提供的音频数模转换器所输出的模拟音频信号，相比于现有的基于过采样音频DAC技术设计的音频数模转换器所输出的模拟音频信号，不仅可以实现将采样率提升后的高精度数字音频信号转换为等价的高精度模拟音频信号，以满足用户对高保真音频的性能要求，而且还能有效降低模拟音频信号的带外噪声。这样后续在将带外噪声较低的模拟音频信号输出至耳机、喇叭等音响装置的驱动电路时，也不易导致驱动电路输出的音频信号信噪比下降、保真度降低等情况发生，而且当较低的带外噪声通过耳机线等导线对外辐射，也不易造成电磁干扰超标。
在一实施例中，参照图3，在上述实施例的基础上，所述扩展噪声整形分离器20包括三个三角积分调制器，分别为第二调制器21、第三调制器22和第四调制器23；所述扩展噪声整形分离器20还包括第一减法器24、第二减法器25和第三减法器26；
所述第一调制器10的输出端分别电连接所述第二调制器21的输入端和所述第一减法器24的第一输入端；
所述第二调制器21的输出端电连接所述第一减法器24的第二输入端，以及作为所述扩展噪声整形分离器20的第一路输出端；
所述第一减法器24的输出端分别电连接所述第三调制器22的输入端和所述第二减法器25的第一输入端；
所述第三调制器22的输出端电连接所述第二减法器25的第二输入端，以及作为所述扩展噪声整形分离器20的第二路输出端；
所述第二减法器25的输出端分别电连接所述第四调制器23的输入端和所述第三减法器26的第一输入端；
所述第四调制器23的输出端电连接所述第三减法器26的第二输入端，以及作为所述扩展噪声整形分离器20的第三路输出端；
所述第三减法器26的输出端作为所述扩展噪声整形分离器20的第四路输出端。
本实施例中，第二调制器的输入端电连接第一调制器的输出端；而第二调制器的输出端除电连接第一减法器的第二输入端之外，第二调制器的输出端还会作为扩展噪声整形分离器的第一路输出端，并电连接第一个动态元件匹配模块的输入端（即第一动态元件匹配模块）。
可选的，所述第二调制器为1阶的三角积分调制器。
可选的，在第二调制器接收到输入的第二数字音频信号Y时，会将输入信号Y截断量化为5位字长的、步进为16、数值范围为[-128,+128]的数字音频信号A：
A=Y+F•QN，其中N=16，F为噪声传递函数，Q为预设量化噪声信号；
然后，第二调制器会将信号A输出至第一动态元件匹配模块，以及将信号A输出至第一减法器的第二输入端。
需要说明的是，各减法器（包括第一减法器、第二减法器和第三减法器）的第一输入端为正数输入（即第一输入端输入的是被减数），第二输入端为负数输入（即第二输入端输入的是减数），第一输入端和第二输入端的引脚可用“+”、“-”号区分；因此，减法器的输出端的输出结果，即为第一输入端输入结果减去第二输入端的输入结果。
可选的，第一减法器的第一输入端电连接第一调制器的输出端；而第一减法器的输出端除电连接第三调制器的输入端之外，还电连接第二减法器的第一输入端。
可选的，在第一减法器接收到信号Y和信号A时，则可用第一输入端接收到的信号Y减去第二输入端接收到的信号A，以计算得到两者之间的量化误差（即上述数字音频信号E1，且E1=Y-A）。然后第一减法器将计算得到的信号E1输出至第三调制器和第二减法器。
可选的，第三调制器的输入端电连接第一减法器的输出端；而第三调制器的输出端除电连接第二减法器的第二输入端之外，第三调制器的输出端还会作为扩展噪声整形分离器的第二路输出端，并电连接第二个动态元件匹配模块的输入端（即第二动态元件匹配模块）。
可选的，所述第三调制器为1阶的三角积分调制器。
可选的，在第三调制器接收到输入的信号E1时，会将信号E1进一步截断量化为4位字长的、步进为4数值范围为[-16,+16]的数字音频信号B：
B=(Y-A)+F•QN，其中N=4，F为噪声传递函数，Q为预设量化噪声信号；
然后，第三调制器会将信号B输出至第二动态元件匹配模块，以及将信号B输出至第二减法器的第二输入端。
可选的，第二减法器的第一输入端电连接第一减法器的输出端；而第二减法器的输出端除电连接第四调制器的输入端之外，还电连接第三减法器的第一输入端。
可选的，在第二减法器接收到信号E1和信号B时，则可用第一输入端接收到的信号E1减去第二输入端接收到的信号B，以计算得到两者之间的量化误差（即上述数字音频信号E2，且E2=Y-A-B）。然后第二减法器将计算得到的信号E2输出至第四调制器和第三减法器。
可选的，第四调制器的输入端电连接第二减法器的输出端；而第四调制器的输出端除电连接第三减法器的第二输入端之外，第四调制器的输出端还会作为扩展噪声整形分离器的第三路输出端，并电连接第三个动态元件匹配模块的输入端（即第三动态元件匹配模块）。
可选的，所述第四调制器为n阶的三角积分调制器，其中n可为1、2、3或更高数值，优选n=2。
可选的，在第四调制器接收到输入的信号E2时，会将信号E2进一步截断量化为4位字长的、步进为1、数值范围为[-4,+4]的数字音频信号C：
C=(Y-A-B)+Fn•QN，其中N=1，F为噪声传递函数，Q为预设量化噪声信号；
然后，第四调制器会将信号C输出至第三动态元件匹配模块，以及将信号C输出至第三减法器的第二输入端。
可选的，第三减法器的第一输入端电连接第二减法器的输出端；而第三减法器的输出端则会作为扩展噪声整形分离器的第四路输出端，并电连接第四个动态元件匹配模块的输入端（即第四动态元件匹配模块）。
可选的，在第三减法器接收到信号E2和信号C时，则可用第一输入端接收到的信号E2减去第二输入端接收到的信号C，以计算得到两者之间的量化误差，作为数字音频信号D：
D=Y-A-B-C；
然后，第三减法器会将信号D输出至第四动态元件匹配模块。
这样，利用本实施例提供的扩展噪声整形分离器，即可实现将第二数字音频信号Y拆分为四路的第三数字音频信号。
此外，本申请还提出一种电子设备，该电子设备中设置有如上述实施例所述的音频数模转换器。因此，该音频数模转换器的具体结构参照上述实施例，由于电子设备中的电子设备可采用上述所有实施例的所有技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的全部技术效果，在此不再一一赘述。
参照图4，本申请还提出一种音频信号的数模转换方法，所述音频信号的数模转换方法可应用于上述实施例所述的音频数模转换器；所述音频信号的数模转换方法包括：
步骤S10、基于第一调制器和预设量化噪声信号，对输入的第一数字音频信号进行精度降低处理，得到第二数字音频信号；
步骤S20、基于扩展噪声整形分离器，将所述第二数字音频信号拆分为四路的第三数字音频信号；
步骤S30、分别对四路的所述第三数字音频信号进行动态元件匹配处理，得到四路的编码信号；
步骤S40、基于数模转换模块，分别将四路的所述编码信号转换为四路的第一模拟音频信号；
步骤S50、将四路的所述第一模拟音频信号合成为一路的第二模拟音频信号进行输出。
本实施例中，实施例的执行终端可以是音频数模转换器，也可以是设置有音频数模转换器的电子设备，也可以是通过网络通信（或其他通信方式）控制音频数模转换器的控制设备；以下以实施例的执行终端为音频数模转换器为例进行说明。
可选的，当音频数模转换器的输入端接收到高精度的数字音频信号（可标记为第一数字音频信号）时，则第一调制器可以将第一数字音频信号放大128倍，然后截断量化处理为预设字长（该预设字长大于或等于10字长）、步进为0.25、数值范围为[-128,+128]的低精度的数字音频信号，且字长截断量化同时引入了步进为0.25的量化噪声信号Q0.25，最终得到低精度的数字音频信号（可标记为第二数字音频信号）为：
Y=128X+Fm•QN，其中N=0.25；
其中，X为所述第一数字音频信号，F为噪声传递函数，m为所述第一调制器所采用的三角积分调制器的阶级，Q为所述预设量化噪声信号，N为所述预设量化噪声信号的步进（即第一调制器采用步进为0.25的量化噪声信号作为预设量化噪声信号）。
可选的，m为第一调制器所采用的三角积分调制器的阶级，如若第一调制器为1阶的三角积分调制器，则m=1；如第一调制器为2阶的三角积分调制器，则m=2等等。其中，第一调制器所采用的三角积分调制器的阶级可选为1阶、2阶、3阶或更高阶。
需要说明的是，在现有的基于过采样音频DAC技术设计的音频数模转换器中，往往是会将高精度的数字音频信号转换为9位字长的、步进为1的低精度数字音频信号；而本实施例与现有技术不同在于：本实施例基于第一数字音频信号转换得到的第二数字音频信号Y，其字长大于或等于10（可选为11（以下以Y的字长为11为例进行说明）），步进为0.25。
这样，量化噪声信号Q0.25会被第一调制器整形到音频频带以上的高频区间，从而使得第二数字音频信号Y中包含的音频信号可以保持第一数字音频信号X的高保真性能。
可选的，在生成第二数字音频信号Y后，即可利用扩展噪声整形分离器将所述第二数字音频信号Y拆分为四路低精度的数字音频信号（可标记为第三数字音频信号，且第三数字音频信号分为四路）。
其中，11位字长的第二数字音频信号Y首先被截断量化为5位字长的、步进为16、数值范围为[-128,+128]的数字音频信号A。第二数字音频信号Y与数字音频信号A之间的量化误差随后被计算出来，标记为数字音频信号E1（E1=Y-A），它是7位字长的、步进为0.25、数值范围为[-16,+16）的数字音频信号。然后，将E1进一步截断量化为4位字长的、步进为4、数值范围为[-16,+16]的数字音频信号B。数字音频信号E1与数字音频信号B之间的量化误差随后被计算出来，标记为数字音频信号E2（E2=E1-B=Y-A-B），它是5位字长的、步进为0.25、数值范围为[-4,+4）的数字音频信号。然后，将E2进一步截断量化为4位字长的、步进为1、数值范围为[-4,+4]的数字音频信号C。数字音频信号E2与数字音频信号C之间的量化误差随后被计算出来，标记为数字音频信号D，它是4位字长的、步进为0.25、数值范围为[-2.0,+1.75]的数字音频信号。
可选的，生成信号A时引入的、用于字长截断的预设量化噪声信号Q的步进为16；生成信号B时引入的、用于字长截断的预设量化噪声信号Q的步进为4；生成信号C时引入的、用于字长截断的预设量化噪声信号Q的步进为1。
由此，可得本实施例所述的四路第三数字音频信号（即第一路的第三数字音频信号为A，第二路的第三数字音频信号为B，第三路的第三数字音频信号为C，第四路的第三数字音频信号为D）的表达式如下：
A=Y+F•QN，其中N=16；
B=(Y-A)+F•QN，其中N=4；
C=(Y-A-B)+Fn•QN，其中N=1；
D=Y-A-B-C；
其中，F为噪声传递函数，n为信号C对应的三角积分调制器的阶级。
可选的，扩展噪声整形分离器中设置有三个三角积分调制器，分别为第二调制器、第三调制器和第四调制器。其中，第二调制器和第三调制器分别用于生成信号A和B，且第二调制器和第三调制器均为1阶的三角积分调制器，而第四调制器用于生成信号C，且第四调制器为n阶的三角积分调制器，而n的取值范围可以是1、2、3或更高数值，n可选为2，以下以n=2为例进行说明。
可选的，扩展噪声整形分离器的每一路输出端均电连接一个所述动态元件匹配模块的输入端，在扩展噪声整形分离器将第二数字音频信号Y拆分为四路的第三数字音频信号A、B、C、D后，则可分别将信号A、B、C、D分别输出至相应的动态元件匹配模块中。
可选的，每一个动态元件匹配模块都可以将从扩展噪声整形分离器处接收到的第三数字音频信号，转换为等价且按动态元件匹配算法旋转扰动的三态有符号温度计的编码信号。其中，将信号A对应的编码信号标记为AD，将信号B对应的编码信号标记为BD，将信号C对应的编码信号标记为CD，将信号D对应的编码信号标记为DD。
可选的，在音频数模转换器中，为每个动态元件匹配模块均配置一个数模转换模块，每个动态元件匹配模块的输出端均电连接相应的数模转换模块的输入端，并在动态元件匹配模块将第三数字音频信号转换为编码信号后，即可将编码信号输出至相应的数模转换模块中。
可选的，将扩展噪声整形分离器的第一路输出端电连接的动态元件匹配模块标记为第一动态元件匹配模块，而将第一动态元件匹配模块的输出端电连接的数模转换模块标记为第一数模转换模块；将扩展噪声整形分离器的第二路输出端电连接的动态元件匹配模块标记为第二动态元件匹配模块，而将第二动态元件匹配模块的输出端电连接的数模转换模块标记为第二数模转换模块；将扩展噪声整形分离器的第三路输出端电连接的动态元件匹配模块标记为第三动态元件匹配模块，而将第三动态元件匹配模块的输出端电连接的数模转换模块标记为第三数模转换模块；将扩展噪声整形分离器的第四路输出端电连接的动态元件匹配模块标记为第四动态元件匹配模块，而将第四动态元件匹配模块的输出端电连接的数模转换模块标记为第四数模转换模块。
可选的，在第一数模转换模块中，设置有8个单元的三态电流型数模转换电路；在第二数模转换模块中，设置有4个单元的三态电流型数模转换电路；在第三数模转换模块中，设置有4个单元的三态电流型数模转换电路；在第四数模转换模块中，设置有8个单元的三态电流型数模转换电路。
可选的，第一动态元件匹配模块在将信号A转换为编码信号AD后，可将AD输出至第一数模转换模块，由第一数模转换模块将编码信号AD转换为相应的模拟音频信号IA。其中，第一数模转换模块中8个单元的三态电流型数模转换电路，其单元权重均为16x，因此本实施例利用上标16x标记被单元权重为16x的三态电流型数模转换电路转换得到的信号，即得到模拟音频信号IA为：
IA=128
+Fm•/>
+ F•/>
；
需要说明的是，动态元件匹配算法可以将8个16x单元之间的单元失配1阶调制整形到高频，等效提高了三态电流型数模转换器的线性度，从而降低了该电路对制造工艺所生产的元器件的匹配精度要求。
可选的，第二动态元件匹配模块在将信号B转换为编码信号BD后，可将BD输出至第二数模转换模块，由第二数模转换模块将编码信号BD转换为相应的模拟音频信号IB。其中，第二数模转换模块中4个单元的三态电流型数模转换电路，其单元权重均为4x，因此本实施例利用上标4x标记被单元权重为4x的三态电流型数模转换电路转换得到的信号，即得到模拟音频信号IB为：
IB=-F•
+ F•/>
；
需要说明的是，动态元件匹配算法可以将4个4x单元之间的单元失配1阶调制整形到高频，等效提高了三态电流型数模转换器的线性度，从而降低了该电路对制造工艺所生产的元器件的匹配精度要求。
可选的，第三动态元件匹配模块在将信号C转换为编码信号CD后，可将CD输出至第三数模转换模块，由第三数模转换模块将编码信号CD转换为相应的模拟音频信号IC。其中，第三数模转换模块中4个单元的三态电流型数模转换电路，其单元权重均为1x，因此本实施例利用上标1x标记被单元权重为1x的三态电流型数模转换电路转换得到的信号，即得到模拟音频信号IC为：
IC=-F•
+ F2•/>
；
需要说明的是，动态元件匹配算法可以将4个1x单元之间的单元失配1阶调制整形到高频，等效提高了三态电流型数模转换器的线性度，从而降低了该电路对制造工艺所生产的元器件的匹配精度要求。
可选的，第四动态元件匹配模块在将信号D转换为编码信号DD后，可将DD输出至第四数模转换模块，由第四数模转换模块将编码信号DD转换为相应的模拟音频信号ID。其中，第四数模转换模块中8个单元的三态电流型数模转换电路，其单元权重均为0.25x，因此本实施例利用上标0.25x标记被单元权重为0.25x的三态电流型数模转换电路转换得到的信号，即得到模拟音频信号ID为：
ID=- F2•
；
需要说明的是，动态元件匹配算法可以将8个0.25x单元之间的单元失配1阶调制整形到高频，等效提高了三态电流型数模转换器的线性度，从而降低了该电路对制造工艺所生产的元器件的匹配精度要求。
其中，可将模拟音频信号IA、IB、IC和ID统称为第一模拟音频信号，而IA为第一路的所述第一模拟音频信号，IB为第二路的所述第一模拟音频信号，IC为第三路的所述第一模拟音频信号，ID为第四路的所述第一模拟音频信号。
可选的，每个数模转换模块的输出端均连接加法器的输入端，因此在每个数模转换模块基于编码信号生成相应的模拟音频信号后，可以将生成的模拟音频信号输出至加法器中，由加法器将接收到的四路模拟音频信号（即模拟音频信号IA、IB、IC和ID）合成为一路模拟音频信号。
可选的，加法器的输出端电连接模拟音频信号输出端，而模拟音频信号输出端可以是I-to-V（电流转电压）输出级，且模拟音频信号输出端中电流到电压转换增益为1/128，因此在加法器将四路模拟音频信号合成为一路模拟音频信号输出至模拟音频信号输出端后，可由模拟音频信号输出端结合电流到电压转换增益，生成最终的模拟音频信号（可标记为第二模拟音频信号）作为音频数模转换器的输出，其中第二模拟音频信号的表达式如下：
Vout=(IA+ IB+ IC+ ID)/128；
将IA、IB、IC和ID分别代入计算得到：
Vout =
+{ Fm•/>
+ F•/>
+ F•/>
+ F2•/>
}/128；
可选的，噪声传递函数F=(1-z-1)，其中，z为Z变换（Z-transformation），是对离散序列进行的一种数学变换，常用于求线性时不变差分方程的解，此处是对数字信号作延迟的表示；将F=(1-z-1)代入计算可得：
Vout =
+{ (1-z-1)m•/>
+ (1-z-1)/>
+ (1-z-1)/>
+(1-z-1)/>
}/128；
从上述公式可以看出，经过上述信号处理和变换后，本实施例提供的音频数模转换器，通过使用8个单元且每个单元权重为16x的三态电流型数模转换电路就将输入的高精度数字音频信号X转换成了等价的模拟音频信号
，这部分与现有的音频数模转换器相同，同样可极大降低模拟电路设计的难度和对制造工艺所生产的元器件的匹配精度要求（即这部分兼具现有的音频数模转换器相应的有益效果）。
而上式中的
可用于表示量化噪声信号Q16在被第一数模转换模块和第二数模转换模块分别转换为模拟信号时所遭受的转换失配；/>
可用于表示量化噪声信号Q4在被第二数模转换模块和第三数模转换模块分别转换为模拟信号时所遭受的转换失配。由于/>
和/>
同样是在被噪声传递函数1阶高通调制整形后，再按1/128加权影响最终生成的第二模拟音频信号Vout的，因此它们并不会成为音频数模转换器输出的第二模拟音频信号Vout的音频带内噪声或音频带外噪声的主要贡献者。
而上式中
表示量化噪声信号Q1在被第三数模转换模块和第四数模转换模块分别转换为模拟信号时所遭受的转换失配。这个转换失配是本实施例提供的音频数模转换器相对于传统音频数模转换器多引入的一种噪声，而且它是在被噪声传递函数2阶高通调制整形后，再按1/128加权影响最终生成的第二模拟音频信号Vout的，因此它也不会成为音频数模转换器输出的第二模拟音频信号Vout的音频带内噪声或音频带外噪声的主要贡献者。
而上式中(1-z-1)m•
/128可用于表示第一调制器引入且被调制整形后的量化噪声信号(1-z-1)m•Q0.25在第一数模转换模块转换为模拟信号后，按1/128加权影响最终生成的第二模拟音频信号Vout，加上本实施例第一调制器采用的量化噪声信号Q0.25相对于传统音频数模转换器所采用的量化噪声信号Q1减小了4倍，因此综上原因，在保持第一调制器的噪声传递函数与传统音频数模转换器相同的情况下，本实施例提供的音频数模转换器所输出的模拟音频信号，其音频带外噪声相对于传统音频数模转换器预期可以降低12dB左右。
综上所述，利用本实施例提供的音频数模转换器所输出的模拟音频信号，相比于现有的基于过采样音频DAC技术设计的音频数模转换器所输出的模拟音频信号，不仅可以实现将采样率提升后的高精度数字音频信号转换为等价的高精度模拟音频信号，以满足用户对高保真音频的性能要求，而且还能有效降低模拟音频信号的带外噪声。这样后续在将带外噪声较低的模拟音频信号输出至耳机、喇叭等音响装置的驱动电路时，也不易导致驱动电路输出的音频信号信噪比下降、保真度降低等情况发生，而且当较低的带外噪声通过耳机线等导线对外辐射，也不易造成电磁干扰超标。
此外，本申请还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括音频信号的数模转换程序，所述音频信号的数模转换程序被处理器执行时实现如以上实施例所述的音频信号的数模转换方法的步骤。可以理解的是，本实施例中的计算机可读存储介质可以是易失性可读存储介质，也可以为非易失性可读存储介质。
综上所述，为本申请实施例中提供的音频数模转换器、电子设备、音频信号的数模转换方法和计算机可读存储介质，不仅可以实现将采样率提升后的高精度数字音频信号转换为等价的高精度模拟音频信号，以满足用户对高保真音频的性能要求，而且还能有效降低模拟音频信号的带外噪声。这样后续在将带外噪声较低的模拟音频信号输出至耳机、喇叭等音响装置的驱动电路时，也不易导致驱动电路输出的音频信号信噪比下降、保真度降低等情况发生，而且当较低的带外噪声通过耳机线等导线对外辐射，也不易造成电磁干扰超标。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的和实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可以包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM通过多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双速据率SDRAM（SSRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink）DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其它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、装置、物品或者方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、装置、物品或者方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、装置、物品或者方法中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种音频数模转换器，其特征在于，包括第一调制器、扩展噪声整形分离器、四个动态元件匹配模块、四个数模转换模块、加法器和模拟音频信号输出端，其中，所述第一调制器的输入端用于接收输入所述音频数模转换器的数字音频信号，所述第一调制器的输出端电连接所述扩展噪声整形分离器的输入端，所述扩展噪声整形分离器的四路输出端分别电连接四个所述动态元件匹配模块的输入端，每个所述动态元件匹配模块的输出端均电连接一个所述数模转换模块的输入端，每个所述数模转换模块的输出端均电连接所述加法器的输入端，所述加法器的输出端电连接所述模拟音频信号输出端；
所述第一调制器为三角积分调制器，用于对输入的数字音频信号进行精度降低处理；
所述扩展噪声整形分离器，用于将精度降低后的数字音频信号拆分为四路的数字音频信号，并分别输出至四个所述动态元件匹配模块；
所述动态元件匹配模块，用于将所述扩展噪声整形分离器输出的数字音频信号转换为编码信号；
所述数模转换模块，用于将编码信号转换为模拟音频信号；
所述加法器，用于将四个所述数模转换模块分别输入的四路模拟音频信号合成为一路模拟音频信号。
2.根据权利要求1所述的音频数模转换器，其特征在于，所述扩展噪声整形分离器包括三个三角积分调制器，分别为第二调制器、第三调制器和第四调制器；所述扩展噪声整形分离器还包括第一减法器、第二减法器和第三减法器；
所述第一调制器的输出端分别电连接所述第二调制器的输入端和所述第一减法器的第一输入端；
所述第二调制器的输出端电连接所述第一减法器的第二输入端，以及作为所述扩展噪声整形分离器的第一路输出端；
所述第一减法器的输出端分别电连接所述第三调制器的输入端和所述第二减法器的第一输入端；
所述第三调制器的输出端电连接所述第二减法器的第二输入端，以及作为所述扩展噪声整形分离器的第二路输出端；
所述第二减法器的输出端分别电连接所述第四调制器的输入端和所述第三减法器的第一输入端；
所述第四调制器的输出端电连接所述第三减法器的第二输入端，以及作为所述扩展噪声整形分离器的第三路输出端；
所述第三减法器的输出端作为所述扩展噪声整形分离器的第四路输出端。
3.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1或2所述的音频数模转换器。
4.一种音频信号的数模转换方法，其特征在于，应用于如权利要求1或2所述的音频数模转换器；所述音频信号的数模转换方法包括：
基于第一调制器和预设量化噪声信号，对输入的第一数字音频信号进行精度降低处理，得到第二数字音频信号；
基于扩展噪声整形分离器，将所述第二数字音频信号拆分为四路的第三数字音频信号；
分别对四路的所述第三数字音频信号进行动态元件匹配处理，得到四路的编码信号；
基于数模转换模块，分别将四路的所述编码信号转换为四路的第一模拟音频信号；
将四路的所述第一模拟音频信号合成为一路的第二模拟音频信号进行输出。
5.根据权利要求4所述的音频信号的数模转换方法，其特征在于，所述四路的第三数字音频信号分别为：
A=Y+F•QN，其中N=16；
B=(Y-A)+F•QN，其中N=4；
C=(Y-A-B)+Fn•QN，其中N=1；
D=Y-A-B-C；
其中，A为第一路的所述第三数字音频信号，B为第二路的所述第三数字音频信号，C为第三路的所述第三数字音频信号，D为第四路的所述第三数字音频信号，Y为所述第二数字音频信号，F为噪声传递函数，n为C对应的三角积分调制器的阶级，Q为所述预设量化噪声信号，N为所述预设量化噪声信号的步进。
6.根据权利要求4或5所述的音频信号的数模转换方法，其特征在于，所述第二数字音频信号为：
Y=128X+Fm•QN，其中N=0.25；
其中，X为所述第一数字音频信号，F为噪声传递函数，m为所述第一调制器所采用的三角积分调制器的阶级，Q为所述预设量化噪声信号，N为所述预设量化噪声信号的步进。
7.根据权利要求6所述的音频信号的数模转换方法，其特征在于，所述第二数字音频信号的字长大于或等于10。
8.根据权利要求6所述的音频信号的数模转换方法，其特征在于，所述第二模拟音频信号为：
Vout=(IA+ IB+ IC+ ID)/128；
其中，IA为第一路的所述第一模拟音频信号，IB为第二路的所述第一模拟音频信号，IC为第三路的所述第一模拟音频信号，ID为第四路的所述第一模拟音频信号。
9.根据权利要求8所述的音频信号的数模转换方法，其特征在于，用于生成第一路的所述第一模拟音频信号的数模转换模块中，设置有8个单元的三态电流型数模转换电路；用于生成第二路的所述第一模拟音频信号的数模转换模块中，设置有4个单元的三态电流型数模转换电路；用于生成第三路的所述第一模拟音频信号的数模转换模块中，设置有4个单元的三态电流型数模转换电路；用于生成第四路的所述第一模拟音频信号的数模转换模块中，设置有8个单元的三态电流型数模转换电路。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有音频信号的数模转换程序，所述音频信号的数模转换程序被处理器执行时实现如权利要求4至9中任一项所述的音频信号的数模转换方法的步骤。
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