CN116192152B - 音频数模转换器、电子设备、数模转换方法及存储介质 - Google Patents

音频数模转换器、电子设备、数模转换方法及存储介质 Download PDF

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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、控制器、至少三个动态元件匹配模块、至少三个数模转换模块、加法器和模拟音频信号输出端，第一调制器分别电连接扩展噪声整形分离器和控制器，控制器电连接扩展噪声整形分离器，每个动态元件匹配模块的输入端均电连接扩展噪声整形分离器，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、基于音频数模转换器的数模转换方法以及计算机可读存储介质。本申请旨在提高音频数模转换器输出的中、低音信号的信噪比。

Description

音频数模转换器、电子设备、数模转换方法及存储介质
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、基于音频数模转换器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 DACWith A 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。但是这种音频数模转换方式，会导致无论输入的数字音频信号的幅度有多小，最终输出的模拟音频信号中的带内噪声都会保持不变，那么在带内噪声恒定的情况下，数字音频信号的幅度越小，最终输出的模拟音频信号的信噪比就越低，这样就会影响到用户对音频中、低音部分的听觉体验（因为中、低音部分对应的音频幅度较小）。
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、基于音频数模转换器的数模转换方法以及计算机可读存储介质，旨在提高音频数模转换器输出的中、低音信号的信噪比。
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、控制器、至少三个动态元件匹配模块、至少三个数模转换模块、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第一数字音频信号，所述第一调制器的输出端分别电连接所述扩展噪声整形分离器的输入端和所述控制器的第一监测端，所述控制器的控制信号输出端电连接所述扩展噪声整形分离器的控制端，每个所述动态元件匹配模块的输入端均电连接所述扩展噪声整形分离器的多路输出端中的一路，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；
所述控制器，用于根据监测到的第二数字音频信号的幅度，控制所述扩展噪声整形分离器将第二数字音频信号，转换为至少一路的第三数字音频信号；
所述动态元件匹配模块，用于将第三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第一模拟音频信号；
所述加法器，用于整合至少一路的第一模拟音频信号并输出至所述模拟音频信号输出端。
为实现上述目的，本申请还提供一种电子设备，所述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，本申请还提供一种基于音频数模转换器的数模转换方法，所述音频数模转换器为如上所述的音频数模转换器；所述基于音频数模转换器的数模转换方法包括：
当音频数模转换器接收到第一数字音频信号时，对所述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，并根据所述第二数字音频信号确定信号幅度；
根据所述信号幅度，将所述第二数字音频信号转换为至少一路的第三数字音频信号；
将至少一路的所述第三数字音频信号转换为至少一路的编码信号；
将至少一路的所述编码信号转换为至少一路的第一模拟音频信号；
将至少一路的所述第一模拟音频信号整合为一路第二模拟音频信号。
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基于音频数模转换器的数模转换程序，所述基于音频数模转换器的数模转换程序被处理器执行时实现如上述基于音频数模转换器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、基于音频数模转换器的数模转换方法以及计算机可读存储介质，在将中、小信号类型的数字音频信号转换为相应的模拟音频信号进行输出时，实现在尽量保证音频的高保真输出的同时，可以有效提高最终输出的模拟音频信号的信噪比（即实现提高音频数模转换器输出的中、低音模拟音频信号的信噪比），进而提高用户对音频中、低音部分的听觉体验。
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为本申请另一实施例中音频数模转换器的结构示例图；
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为本申请又一实施例中音频数模转换器的结构示例图；
图5为本申请另一实施例中扩展噪声整形分离器的结构示例图；
图6为本申请一实施例中基于音频数模转换器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。
在一实施例中，本申请基于集成电路技术、音频解码技术、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、扩展噪声整形分离器（Extended Noise-Shaped Splitter，ENSS）、控制器、至少三个动态元件匹配（Dynamic-Element Matching，DEM）模块、至少三个数模转换模块、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第一数字音频信号，所述第一调制器的输出端分别电连接所述扩展噪声整形分离器的输入端和所述控制器的第一监测端，所述控制器的控制信号输出端电连接所述扩展噪声整形分离器的控制端，每个所述动态元件匹配模块的输入端均电连接所述扩展噪声整形分离器的多路输出端中的一路，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；
所述控制器，用于根据监测到的第二数字音频信号的幅度，控制所述扩展噪声整形分离器将第二数字音频信号，转换为至少一路的第三数字音频信号；
所述动态元件匹配模块，用于将第三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第一模拟音频信号；
所述加法器，用于整合至少一路的第一模拟音频信号并输出至所述模拟音频信号输出端。
本实施例中，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（NoiseTransfer Function，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9字长，以下以预设字长等于9为例进行说明）、步进为N的低精度的数字音频信号，且字长截断量化同时引入了预设量化噪声信号QN，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=1；
其中，X为所述第一数字音频信号，Fm为m阶的噪声传递函数，且m对应所述第一调制器所采用的三角积分调制器的阶级，N为所述预设量化噪声信号的步进，其中N可以等于1（即第一调制器可以采用步进为1的量化噪声信号Q1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。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（此时Fm=F）；如第一调制器为2阶的三角积分调制器，则m=2（此时Fm=F2）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。
可选的，噪声传递函数F可以等于(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。
这样，预设量化噪声信号QN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中包含的音频信号可以保持第一数字音频信号的高保真性能。
可选的，第一调制器生成第二数字音频信号后，即可将第二数字音频信号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拆分为至少一路的低精度的数字音频信号（可标记为第三数字音频信号）。
可选的，所述控制器为所述扩展噪声整形分离器的控制器，并且控制器可通过第一监测端监测第二数字音频信号的幅度，然后根据第二数字音频信号的信号幅度确定第二数字音频信号的信号类型；其中，该信号类型包括大信号、中信号和小信号，所述大信号对应的信号幅度大于所述中信号对应的信号幅度，所述中信号对应的信号幅度大于所述小信号对应的信号幅度。
可选的，可以是将幅度大于15的第二数字音频信号定义为大信号；将幅度大于4，且幅度小于或等于15的第二数字音频信号定义为中信号；将幅度小于或等于4的第二数字音频信号定义为小信号。
需要说明的是，由于数字音频信号也属于数字信号的一种，而数字信号是指自变量是离散的、因变量也是离散的信号，这种信号的自变量用整数表示，因变量用有限数字中的一个数字来表示。因此数字音频信号的幅度取值是离散的，幅值表示被限制在有限个数值之内。
当控制器根据第二数字音频信号的幅度，确定第二数字音频信号的信号类型后，则控制扩展噪声整形分离器切换至与第二数字音频信号的信号类型相匹配的工作模式。
其中，若第二数字音频信号为大信号，则扩展噪声整形分离器相应的工作模式为将第二数字音频信号转换为K路的第三数字音频信号；若第二数字音频信号为中信号，则扩展噪声整形分离器相应的工作模式为将第二数字音频信号转换为K-1路的第三数字音频信号；若第二数字音频信号为小信号，则扩展噪声整形分离器相应的工作模式为将第二数字音频信号转换为K-2路的第三数字音频信号。
其中，K为所述音频数模转换器中的扩展噪声整形分离器的输出端数量，且K大于或等于3。以K=3为例，若第二数字音频信号为大信号，则扩展噪声整形分离器会将第二数字音频信号转换为3路的第三数字音频信号；若第二数字音频信号为中信号，则扩展噪声整形分离器会将第二数字音频信号转换为2路的第三数字音频信号；若第二数字音频信号为小信号，则扩展噪声整形分离器会将第二数字音频信号转换为1路的第三数字音频信号。
其中，K同样可以表示动态元件匹配模块的数量，或者表示数模转换模块，即扩展噪声整形分离器的输出端数量等于动态元件匹配模块的数量，以及等于数模转换模块的数量，且扩展噪声整形分离器的每个输出端，均有与之对应的动态元件匹配模块和数模转换模块；以下以K=3为例进行说明。
可选的，若控制器监测到第二数字音频信号为大信号，则控制扩展噪声整形分离器将第二数字音频信号拆分为三路的第三数字音频信号，且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；信号A、B、C的表达式分别为：
A=Y+F•QN，其中N=16；
B=(Y-A)+F•QN，其中N=4；
C=Y-A-B；
其中，F为1阶的噪声传递函数（即F=F1）；将Y=128X+Fm•Q1代入计算，可得：
A=128X+Fm•Q1+ F•Q16；
B= -F•Q16 +F•Q4；
C=-F•Q4；
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拆分为三路的第三数字音频信号A、B、C后，则可分别将信号A、B、C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。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。
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。
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。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（Current Steering 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：。
此外，在利用第一数模转换模块将编码信号AD转换为模拟音频信号IA时，会不可避免地混杂输出三态电流型数模转换电路的模拟电路噪声。
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：。
此外，在利用第二数模转换模块将编码信号BD转换为模拟音频信号IB时，会不可避免地混杂输出三态电流型数模转换电路的模拟电路噪声。
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：。
此外，在利用第三数模转换模块将编码信号CD转换为模拟音频信号IC时，会不可避免地混杂输出三态电流型数模转换电路的模拟电路噪声。
其中，可将模拟音频信号IA、IB和IC统称为第一模拟音频信号；每个数模转换模块在向加法器输出第一模拟音频信号时，还会混杂输出相应的模拟电路噪声。
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三路模拟音频信号（即模拟音频信号IA、IB和IC）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，因此在加法器将三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，大信号对应的第二模拟音频信号的表达式为：
；
将、/>、/>分别代入计算得到：
；
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，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X16x，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；而其噪声部分与现有的音频数模转换器在数模转换时得到的噪声相同，即信噪比无变化。
需要说明的是，由于大信号对应的信号幅度大，而信号幅度大的模拟音频信号对应的声音就高，高声音足够掩盖音频带内、外噪，因此一般不会影响到用户对高音量的听觉体验，因此对大信号的处理，可以采用现有的处理方式；需要指出的是，本实施例提供的音频数模转换器仅是针对大信号的数字音频信号采用计算V1的方式，生成第二模拟音频信号进行输出，而现有技术的方案中，对于大、中、小信号的数字音频信号均是采用计算V1的方式，生成第二模拟音频信号（即现有技术并不会区分大、中、小的数字音频信号进行区别处理，而是对所有数字音频信号均采用计算V1的方式，将数字音频信号转换为相应的模拟音频信号进行输出）。
而本实施例相比于现有技术的改进，目的是为了提高中、小信号对应的模拟音频信号的信噪比。因此，若控制器监测到第二数字音频信号为中信号，则控制扩展噪声整形分离器将第二数字音频信号拆分为两路第三数字音频信号，分别为第二路的第三数字音频信号B和第三路的第三数字音频信号C；其中，信号B和C的表达式分别为：
B=Y+F•QN，其中N=4；
C=Y- B；
将Y=128X+Fm•Q1代入计算，可得：
B=128X+Fm•Q1+ F•Q4；
C=-F•Q4；
此外，令第一路第三数字音频信号A=0，相当于扩展噪声整形分离器的第一路输出端无输出。
然后，扩展噪声整形分离器输出的两路第三数字音频信号B和C，在分别经相应的动态元件匹配模块进行编码后，即得到两路编码信号BD和CD。
然后编码信号BD再经第二数模转换模块解码后，即得到模拟音频信号IB为：；以及，得到第二数模转换模块生成的模拟电路噪声/>。
然后编码信号CD再经第三数模转换模块解码后，即得到模拟音频信号IC为：；以及，得到第三数模转换模块生成的模拟电路噪声/>。
其中，模拟音频信号IB和IC均属于第一模拟音频信号，这样即可得到两路的第一模拟音频信号输出至加法器（当然，其中还会向加法器混杂输出相应的模拟电路噪声），由加法器将接收到的两路模拟音频信号（即模拟音频信号IB和IC）合成为一路模拟音频信号，并在加法器将两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，中信号对应的第二模拟音频信号的表达式为：
；
将、/>代入计算得到：
；
将V2与V1对比，可以看到在数字音频信号为中信号时，本实施例提供的音频数模转换器输出的第二模拟音频信号中音频成分X保持不变，只是改由单元权重为4x的3态电流型数模转换后输出（即X4x，而现有技术则是相应输出X16x），从而实现尽可能保留音频的高保真输出；但是对于噪声部分，V2相比于V1，带内噪声减少了、带外噪声减少了，而在现有技术的方案中，对于大、中、小信号的数字音频信号，均是采用计算V1的方式，生成相应的模拟音频信号，导致带内、外噪声会维持不变；那么在输入的中信号的数字音频信号相同的情况下，本实施例最终输出的模拟音频信号中的噪声，会少于采用现有技术方式转换得到的模拟音频信号中的噪声，而本实施例最终输出的模拟音频信号的幅度又能与采用现有技术方式转换得到的模拟音频信号的幅度大体维持一致，因此在音强大体不变而噪声减少的情况下，本实施例最终输出的模拟音频信号对应的信噪比就可以相应提高。
可选的，若控制器监测到第二数字音频信号为小信号，则控制扩展噪声整形分离器将第二数字音频信号作为一路第三数字音频信号，并从扩展噪声整形分离器的第三路输出端进行输出；其中，第三路的第三数字音频信号C的表达式为：C=Y=128X+Fm•Q1。
此外，令第一路第三数字音频信号A=0、第二路第三数字音频信号B=0（C即为第三路第三数字音频信号），相当于扩展噪声整形分离器的第一路、第二路输出端无输出。
然后扩展噪声整形分离器输出一路的第三数字音频信号C，并经相应的动态元件匹配模块进行编码后，即得到一路的编码信号CD。编码信号CD再经第三数模转换模块解码后，即得到模拟音频信号IC为：；以及，得到第三数模转换模块生成的模拟电路噪声/>。
其中，模拟音频信号IC属于第一模拟音频信号，这样即可得到一路的第一模拟音频信号输出至加法器（当然，其中还会向加法器混杂输出相应的模拟电路噪声），由加法器将接收到的一路模拟音频信号IC和相应的模拟电路噪声合成为一路输出至模拟音频信号输出端，再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，小信号对应的第二模拟音频信号的表达式为：/>。
将V3与V1对比，可以看到在数字音频信号为小信号时，本实施例提供的音频数模转换器输出的第二模拟音频信号中音频成分X保持不变，只是改由单元权重为1x的3态电流型数模转换后输出（即X1x，而现有技术则是相应输出X16x），从而实现尽可能保留音频的高保真输出；但是对于噪声部分，V3相比于V1，带内噪声减少了、带外噪声减少了，而在现有技术的方案中，对于大、中、小信号的数字音频信号，均是采用计算V1的方式，生成相应的模拟音频信号，导致带内、外噪声会维持不变；那么在输入的小信号的数字音频信号相同的情况下，本实施例最终输出的模拟音频信号中的噪声，会少于采用现有技术方式转换得到的模拟音频信号中的噪声，而本实施例最终输出的模拟音频信号的幅度又能与采用现有技术方式转换得到的模拟音频信号的幅度大体维持一致，因此在音强大体不变而噪声减少的情况下，本实施例最终输出的模拟音频信号对应的信噪比就可以相应提高。
由此可见，本实施例提出的音频数模转换器，在将中、小信号类型的数字音频信号转换为相应的模拟音频信号进行输出时，实现在尽量保证音频的高保真输出的同时，可以有效提高最终输出的模拟音频信号的信噪比（即实现提高音频数模转换器输出的中、低音模拟音频信号的信噪比），进而提高用户对音频中、低音部分的听觉体验。
在一实施例中，参照图2，在上述实施例的基础上，所述控制器的第二监测端电连接所述第一调制器的输入端，所述控制器还用于监测第一数字音频信号的幅度。
其中，由于第一数字音频信号由第一调制器的输入端输入至音频数模转换器，因此若同时将第一调制器的输入端电连接控制器的第二监测端，那么控制器就可以通过第二监测端监测到第一数字音频信号的幅度。
可选的，控制器可以通过第二监测端监测到第一数字音频信号的幅度是否为零，以此监测第一数字音频信号是否属于零信号（相当于监测X是否等于0）。
若控制器监测到第一数字音频信号的幅度不为零，则可判定第一数字音频信号属于非零信号，并在第一调制器将第一数字音频信号转换为第二数字音频信号后，控制器可继续通过第一监测端监测第二数字音频信号的幅度，以此控制所述扩展噪声整形分离器将第二数字音频信号，转换为至少一路的第三数字音频信号。
若控制器监测到第一数字音频信号的幅度为零，则可判定第一数字音频信号属于零信号，则此时音频数模转换器可直接生成零信号的第二模拟音频信号进行输出。
需要说明的是，虽然在理想环境中，音频数模转换器对于零信号的输入，也会相应得到零信号的输出，但是在实际情况中，鉴于零信号的信号幅度也可能会在0值附近徘徊，加上第一调制器组成器件不一定完全精密，因此对于零信号的第一数字音频信号，也可能会转换得到小信号的第二数字音频信号，导致音频数模转换器最终转换得到的模拟音频信号也不可避免带有噪声（虽然这样的噪声很少）；而通过监测第一数字音频信号是否为零信号，并在监测到第一数字音频信号属于零信号时，由音频数模转换器可直接生成零信号的第二模拟音频信号进行输出，从而避免对零信号的转换时产生噪声的情况发生，进而在一定程度上减少了音频数模转换器输出的模拟音频信号中的噪声（如零信号的模拟音频信号和非零信号的模拟音频信号混合输出时，零信号的模拟音频信号就不会杂带噪声）。
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包括两个三角积分调制器，分别为第二调制器和第三调制器；所述扩展噪声整形分离器还包括第一减法器J1、第二减法器J2、第一选通器T1、第二选通器T2、第三选通器T3、第四选通器T4和第五选通器T5；
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、所述第一减法器J1的第一输入端、所述第一选通器T1的第二输入端和所述第二选通器T2的第二输入端；
所述第二调制器的输出端分别电连接所述第一减法器J1的第二输入端和所述第三选通器T3的第一输入端；
所述第一减法器J1的输出端电连接所述第一选通器T1的第一输入端；
所述第一选通器T1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J2的第一输入端；
所述第三调制器的输出端分别电连接所述第二减法器J2的第二输入端和所述第四选通器T4的第一输入端；
所述第二减法器J2的输出端电连接所述第二选通器T2的第一输入端；
所述第二选通器T2的输出端电连接所述第五选通器T5的第一输入端；
其中，所述第一选通器T1、所述第二选通器T2、所述第三选通器T3、所述第四选通器T4、所述第五选通器T5的控制端电连接所述控制器的控制信号输出端；所述第三选通器T3、所述第四选通器T4、所述第五选通器T5的第二输入端为零输入；所述第三选通器T3、所述第四选通器T4、所述第五选通器T5的输出端均为所述扩展噪声整形分离器的输出端。
本实施例中，控制器包括多个控制信号输出端，且多个控制信号输出端分别电连接所述第一选通器T1、所述第二选通器T2、所述第三选通器T3、所述第四选通器T4、所述第五选通器T5的控制端，控制器通过各个控制信号输出端分别向各个选通器的控制端输出相应的控制信号，就可以控制选通器的第一输入端与选通器的输出端导通或断开，或者控制选通器的第二输入端与选通器的输出端导通或断开（即若控制选通器的第一输入端与选通器的输出端导通，那么选通器的第二输入端与选通器的输出端之间即会断开，这样选通器的输出结果即为第一输入端的输入结果；若控制选通器的第二输入端与选通器的输出端导通，那么选通器的第一输入端与选通器的输出端之间即会断开，这样选通器的输出结果即为第二输入端的输入结果）。
可选的，各减法器（包括第一减法器J1和第二减法器J2）的第一输入端为正数输入（即第一输入端输入的是被减数），而减法器的第二输入端为负数输入（即第二输入端输入的是减数），因此减法器的第一输入端、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，即为减法器的第一输入端输入结果减去第二输入端的输入结果。
可选的，由于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、所述第一减法器J1的第一输入端、所述第一选通器T1的第二输入端和所述第二选通器T2的第二输入端，因此由第一调制器的输出端输出的第二数字音频信号，也会分别输出至第二调制器的输入端、第一减法器J1的第一输入端、第一选通器T1的第二输入端和第二选通器T2的第二输入端。
可选的，所述第二调制器为1阶的三角积分调制器；在第二调制器接收到输入的第二数字音频信号时，会将第二数字音频信号截断量化为5位字长的、步进为16的数字音频信号a：a=Y+ F•Q16；将Y= 128X+Fm•Q1代入计算，可得：a=128X+Fm•Q1+ F•Q16。
然后，第二调制器会将信号a输出至第三选通器T3的第一输入端，以及将信号a输出至第一减法器J1的第二输入端。
其中，第三选通器T3的输出端作为扩展噪声整形分离器的第一路输出端，并负责输出第一路的第三数字音频信号A；且第三选通器T3的第二输入端为零输入（即零信号输入）。
可选的，若控制器检测到第二数字音频信号为大信号，则控制第三选通器T3的第一输入端和第三选通器T3的输出端之间导通，使得A=a；若控制器检测到第二数字音频信号并非是大信号（如Y属于中信号、小信号或零信号（若检测到第一数字音频信号为零信号，则第二数字音频信号亦属于零信号）），则控制第三选通器T3的第二输入端和第三选通器T3的输出端之间导通，使得A=0，此时扩展噪声整形分离器的第一路输出端相当于无输出。
可选的，第一减法器J1的第一输入端电连接第一调制器的输出端，第一减法器J1的第二输入端电连接第二调制器的输出端，第一减法器J1的输出端电连接第一选通器T1的第一输入端。
可选的，在第一减法器J1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，且将差值作为数字音频信号E1：
E1=Y-a=Y-( Y+ F•Q16)=-F•Q16；
然后第一减法器J1再将计算得到的信号E1输出至第一选通器T1的第一输入端。由于第一选通器T1的第一输入端电连接第一减法器J1的输出端，而第一选通器T1的第二输入端电连接第一调制器的输出端，因此第一选通器T1的第一输入端会接收到数字音频信号E1，而第一选通器T1的第二输入端会接收到第二数字音频信号。
可选的，若控制器检测到第二数字音频信号为大信号，则控制第一选通器T1的第一输入端和第一选通器T1的输出端之间导通，以使第一选通器T1的输出端输出数字音频信号E1；若控制器检测到第二数字音频信号并非是大信号（如Y属于中信号、小信号或零信号（即监测到第一数字音频信号为零信号，因为若X为零信号，则Y亦属于零信号）），则控制第一选通器T1的第二输入端和第一选通器T1的输出端之间导通，以使第一选通器T1的输出端输出第二数字音频信号。
可选的，第三调制器为1阶的三角积分调制器；由于第三调制器的输入端电连接第一选通器T1的输出端，因此第三调制器可以将从第一选通器T1处接收到的信号进一步截断量化为4位字长的、步进为4的数字音频信号b。
其中，若第一选通器T1输出的是数字音频信号E1，则b= E1+ F•Q4；若第一选通器T1输出的是第二数字音频信号，则b=Y+ F•Q4。
可选的，第三调制器会将信号b输出至第四选通器T4的第一输入端，以及将信号b输出至第二减法器J2的第二输入端。
其中，第四选通器T4的输出端作为扩展噪声整形分离器的第二路输出端，并负责输出第二路的第三数字音频信号B；且第四选通器T4的第二输入端为零输入（即零信号输入）。
可选的，若控制器检测到第二数字音频信号为大信号或中信号，则控制第四选通器T4的第一输入端和第四选通器T4的输出端导通，使得B=b；若控制器检测到第二数字音频信号属于小信号或零信号（若X为零信号，则Y亦属于零信号），则控制第四选通器T4的第二输入端和第四选通器T4的输出端导通，使得B=0，此时扩展噪声整形分离器的第二路输出端相当于无输出。
可选的，第二减法器J2的第一输入端电连接第一选通器T1的输出端，第二减法器J2的第二输入端电连接第三调制器的输出端，第二减法器J2的输出端电连接第二选通器T2的第一输入端。
可选的，若第二减法器J2的第一输入端接收到数字音频信号E1，而第二减法器J2的第二输入端接收到数字音频信号b，则计算二者之间的量化误差，得到数字音频信号E2作为输出（该场景为第二数字音频信号为大信号的情况）；由于此时b= E1+ F•Q4，因此E2= E1-b=- F•Q4。
可选的，若第二减法器J2的第一输入端接收到第二数字音频信号，而第二减法器J2的第二输入端接收到数字音频信号b，则计算二者之间的量化误差，得到数字音频信号E2作为输出（该场景为第二数字音频信号不属于大信号的情况）；由于此时b= Y+ F•Q4，因此E2= Y-b=- F•Q4。
由此可见，无论何种情况，第二减法器J2输出的数字音频信号E2恒定为- F•Q4；且E2为4位字长的、步进为1的数字音频信号。
可选的，第二减法器J2再将计算得到的信号E2输出至第二选通器T2的第一输入端；由于第二选通器T2的第一输入端电连接第二减法器J2的输出端，而第二选通器T2的第二输入端电连接第一调制器的输出端，因此第一选通器T1的第一输入端会接收到数字音频信号E2，而第一选通器T1的第二输入端会接收到第二数字音频信号。
可选的，若控制器检测到第二数字音频信号为大信号或中信号，则控制第二选通器T2的第一输入端和第二选通器T2的输出端之间导通，以使第二选通器T2的输出端输出数字音频信号E2；若控制器检测到第二数字音频信号为小信号或零信号（若X为零信号，则Y亦属于零信号），则控制第二选通器T2的第二输入端和第二选通器T2的输出端之间导通，以使第二选通器T2的输出端输出第二数字音频信号。
可选的，第二选通器T2输出的信号会输出至第五选通器T5的第一输入端；其中，第五选通器T5的输出端作为扩展噪声整形分离器的第三路输出端，并负责输出第三路的第三数字音频信号C；且第五选通器T5的第二输入端为零输入（即零信号输入）。
可选的，若控制器检测到第二数字音频信号为大信号或中信号，则第五选通器T5的第一输入端会接收到数字音频信号E2，此时控制第五选通器T5的第一输入端和第五选通器T5的输出端之间导通，以使第五选通器T5的输出端输出数字音频信号E2，即使得C= E2=-F•Q4；若控制器检测到第二数字音频信号为小信号，则第五选通器T5的第一输入端会接收到第二数字音频信号，此时控制第五选通器T5的第一输入端和第五选通器T5的输出端之间导通，以使第五选通器T5的输出端输出第二数字音频信号，即使得C=Y；若控制器检测到第一数字音频信号属于零信号（若X为零信号，则Y亦属于零信号），则控制第五选通器T5的第二输入端和第五选通器T5的输出端导通，即使得C=0，此时扩展噪声整形分离器的第三路输出端相当于无输出。
这样，当控制器检测到第二数字音频信号为大信号，就可以控制扩展噪声整形分离器将第二数字音频信号拆分为三路第三数字音频信号（包括信号A、B和C）；当控制器检测到第二数字音频信号为中信号，就可以控制扩展噪声整形分离器将第二数字音频信号拆分为两路第三数字音频信号（包括信号B和C；此时信号A为零信号，可以忽略不计）；当控制器检测到第二数字音频信号为中信号，就可以控制扩展噪声整形分离器将第二数字音频信号转换为一路第三数字音频信号（即信号C；此时信号A和B为零信号，可以忽略不计）；当控制器检测到第二数字音频信号为零信号（即监测到第一数字音频信号为零信号），就可以控制扩展噪声整形分离器三路输出端均无输出（此时信号A、B和C均为零信号，可以忽略不计）。
这样，就可以实现在器件层面上，由控制器根据监测到的第二数字音频信号的幅度（该信号幅度用于判定第二数字音频信号所属的信号类型（分为大、中、小信号）），自动控制所述扩展噪声整形分离器将第二数字音频信号，转换为至少一路的第三数字音频信号，或者直接控制扩展噪声整形分离器无输出。
在一实施例中，参照图4和图5，在上述实施例的基础上，所述动态元件匹配模块的数量为四个，且所述数模转换模块的数量为四个；所述扩展噪声整形分离器还包括第四调制器、第三减法器J3和第六选通器T6；
所述第二选通器T2的输出端经所述第四调制器电连接所述第五选通器T5的第一输入端，且所述第四调制器的输入端电连接所述第二选通器T2的输出端，所述第四调制器的输出端分别电连接所述第五选通器T5的第一输入端和所述第三减法器J3的第二输入端；
所述第二选通器T2的输出端还电连接所述第三减法器J3的第一输入端；
所述第三减法器J3的输出端电连接所述第六选通器T6的第一输入端；
其中，所述第六选通器T6的控制端电连接所述控制器的控制信号输出端，所述第六选通器T6的第二输入端为零输入，所述第六选通器T6的输出端属于所述扩展噪声整形分离器的输出端。
本实施例中，音频数模转换器中设置有四个动态元件匹配模块，分为第一动态元件匹配模块、第二动态元件匹配模块、第三动态元件匹配模块和第四动态元件匹配模块；音频数模转换器中设置有四个数模转换模块，分为第一数模转换模块、第二数模转换模块、第三数模转换模块和第四数模转换模块。
相应地，扩展噪声整形分离器中设置有四路输出端（因此在本实施例中，K=4），其中，第一路输出端电连接第一动态元件匹配模块的输入端；第二路输出端电连接第二动态元件匹配模块的输入端；第三路输出端电连接第三动态元件匹配模块的输入端；第四路输出端电连接第四动态元件匹配模块的输入端。
可选的，第一动态元件匹配模块的输出端电连接第一数模转换模块的输入端；第二动态元件匹配模块的输出端电连接第二数模转换模块的输入端；第三动态元件匹配模块的输出端电连接第三数模转换模块的输入端；第四动态元件匹配模块的输出端电连接第四数模转换模块的输入端。此外，第一数模转换模块、第二数模转换模块、第三数模转换模块、第四数模转换模块的输出端均电连接加法器的输入端。
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，且每个单元权重均为16x；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，且每个单元权重均为4x；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，且每个单元权重均为4x；在第三数模转换模块中，设置有8个单元的三态电流型数模转换电路，且每个单元权重均为0.25x。
可选的，控制器多个控制信号输出端中的一个，还电连接第六选通器T6的控制端，控制器可通过控制信号输出端向第六选通器T6的控制端输出相应的控制信号，就可以控制第六选通器T6的第一输入端与第六选通器T6的输出端导通或断开，或者控制第六选通器T6的第二输入端与第六选通器T6的输出端导通或断开。
可选的，第三减法器J3的第一输入端为正数输入，而第三减法器J3的第二输入端为负数输入，因此第三减法器J3的输出端的输出结果，即为第三减法器J3的第一输入端输入结果减去第二输入端的输入结果。
本实施例中，扩展噪声整形分离器中第一路、第二路输出端生成相应输出信号的原理，可参照上述实施例，此处不再赘述。
可选的，若控制器检测到第二数字音频信号为大信号或中信号，则控制第二选通器T2的第一输入端和第二选通器T2的输出端导通，以使第二选通器T2的输出端输出数字音频信号E2，这样第二选通器T2即可以向第四调制器、第三减法器J3输出数字音频信号E2；若控制器检测到第二数字音频信号为小信号或零信号（若X为零信号，则Y亦属于零信号），则控制第二选通器T2的第二输入端和第二选通器T2的输出端导通，以使第二选通器T2的输出端向第四调制器、第三减法器J3输出第二数字音频信号。
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，以下以n=2为例进行说明。
可选的，在第四调制器接收到输入的信号E2或Y时，会将信号E2或Y进一步截断量化为4位字长的、步进为1的数字音频信号c。即，若第二数字音频信号为大信号或中信号，则c=E2+ F2•Q1；若第二数字音频信号为小信号或零信号，则c= Y+ F2•Q1。其中，F2即为2阶的噪声传递函数。
可选的，第四调制器会将信号c输出至第五选通器T5的第一输入端，以及将信号c输出至第三减法器J3的第二输入端。
可选的，若控制器检测到第二数字音频信号为非零信号（即Y属于大信号、中信号或小信号），则控制第五选通器T5的第一输入端和第五选通器T5的输出端之间导通，以使第五选通器T5的输出端输出数字音频信号c，即使得第三路的第三数字音频信号C=c；若控制器检测到第一数字音频信号属于零信号（若X为零信号，则Y亦属于零信号），则控制第五选通器T5的第二输入端和第五选通器T5的输出端之间导通，使得C=0，此时扩展噪声整形分离器的第三路输出端相当于无输出。
可选的，若第三减法器J3的第一输入端接收到数字音频信号E2，而第三减法器J3的第二输入端接收到数字音频信号c，则计算二者之间的量化误差，得到数字音频信号E3（即E3= E2-c）作为输出，由于此时c= E2+ F2•Q1，因此计算得到E3=-F2•Q1；若第三减法器J3的第一输入端接收到第二数字音频信号，而第三减法器J3的第二输入端接收到数字音频信号c，则计算二者之间的量化误差，得到数字音频信号E3（即E3= Y-c）作为输出，由于此时c= Y+F2•Q1，因此计算得到E3=-F2•Q1。由此可见，第三减法器J3输出的数字音频信号E3恒定为-F2•Q1。
可选的，第三减法器J3再将计算得到的信号E3输出至第六选通器T6的第一输入端；由于第六选通器T6的第一输入端电连接第三减法器J3的输出端，而第六选通器T6的第二输入端为零输入、第六选通器T6的输出端可以作为扩展噪声整形分离器的第四路输出端，因此，若控制器检测到第二数字音频信号为非零信号（即Y属于大信号、中信号或小信号），则控制第六选通器T6的第一输入端和第六选通器T6的输出端之间导通，以使第六选通器T6的输出端输出数字音频信号E3，即使得第四路的第三数字音频信号D= E3；若控制器检测到第一数字音频信号属于零信号（若X为零信号，则Y亦属于零信号），则控制第六选通器T6的第二输入端和第六选通器T6的输出端之间导通，即使得D=0，此时扩展噪声整形分离器的第四路输出端相当于无输出。
可选的，在一些实施例中，基于图4所示的音频数模转换器，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，以下以预设字长等于11为例进行说明）、步进为0.25的第二数字音频信号，且字长截断量化同时引入了预设量化噪声信号Q0.25，最终得到第二数字音频信号为：Y=128X+Fm•Q0.25。
可选的，若控制器监测到第二数字音频信号为大信号，则控制扩展噪声整形分离器（该扩展噪声整形分离器的结构参照图5）将第二数字音频信号拆分为四路的第三数字音频信号，且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；信号A、B、C、D的表达式分别为：
A=Y+F•Q16；
B= E1+ F•Q4，其中，E1=-F•Q16；
C= E2+ F2•Q1，其中，E2=- F•Q4；
D= E3，其中，E3=-F2•Q1；
将Y=128X+Fm•Q0.25代入计算，可得：
A=128X+Fm•Q0.25+ F•Q16；
B= -F•Q16 +F•Q4；
C=-F•Q4+ F2•Q1；
D=-F2•Q1；
然后，利用四个动态元件匹配模块分别将信号A、B、C和D转换为四路编码信号AD、BD、CD和CD。
然后，利用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，，并伴随生成模拟电路噪声/>；利用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，/>，并伴随生成模拟电路噪声/>；利用第三数模转换模块将编码信号CD转换为模拟音频信号IC，其中，，并伴随生成模拟电路噪声/>；利用第四数模转换模块将编码信号DD转换为模拟音频信号ID，其中，/>，并伴随生成模拟电路噪声/>。
这样，即可得到四路第一模拟音频信号IA、IB、IC和ID；在加法器将四路第一模拟音频信号IA、IB、IC和ID，以及模拟电路噪声、/>、/>、/>整合为一路输出，并输出至模拟音频信号输出端时，就可以由模拟音频信号输出端将加法器的输出转换为第二模拟音频信号，此时第二模拟音频信号相应的表达式为：
；
在第二数字音频信号为大信号时，V4相比V1，其中的音频成分X16x保持不变；而带外噪声的主要成分从变成了/>，带外噪声的次要成分增加了这部分；带内噪声增加了/>这部分。
其中，这部分带外噪声中的/>表示量化噪声信号Q1在被单元权重为1x的第三数模转换模块和单元权重为0.25x的第四数模转换模块，分别转换为模拟音频信号时所遭受的转换失配，并且它还被噪声传递函数2阶高通调制整形后才按1/128加权影响第二模拟音频信号V4，因此它不是本实施例提供的音频数模转换器输出的带内噪声或带外噪声的主要贡献者（即/>对噪声的增益可以忽略不计）。
其中，这部分带内噪声是音频数模转换器为了降低带外噪声所付出的代价。由于数模转换模块引入的模拟电路噪声正比于其单元权重，并且有0.25x/(16x+4x+1x)=1/84，因此可见，/>这部分额外的带内噪声相较于传统音频数模转换器原有的带内噪声/>来说是非常微小的，因此/>对音频数模转换器所输出的第二模拟音频信号V4的信噪比的影响可以忽略不计。由于预设量化噪声信号Q0.25相对于Q1减小了4倍，所以在保持第一调制器的噪声传递函数不变的情况下，本实施例提供的音频数模转换器输出的主要带外噪声/>相较于传统音频数模转换器原有的主要带外噪声/>预期可以降低12dB左右。
综上所述，虽然在第二数字音频信号为大信号时，本实施例所提供的音频数模转换器相较于传统方案而言，所输出的第二模拟音频信号的信噪比大体不变，但可以使得第二模拟音频信号中的带外噪声可以有效降低。这样后续在将带外噪声较低的第二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。
可选的，若控制器监测到第二数字音频信号为中信号，则控制扩展噪声整形分离器将第二数字音频信号拆分为三路的第三数字音频信号，分别为第二路的第三数字音频信号B、第三路的第三数字音频信号C和第三路的第四数字音频信号D；其中，信号B、C和D的表达式分别为：
B= Y+ F•Q4；
C= E2+ F2•Q1，其中，E2=- F•Q4；
D= E3，其中，E3=-F2•Q1；
将Y=128X+Fm•Q0.25代入计算，可得：
B=128X+Fm•Q0.25+ F•Q4；
C=-F•Q4+ F2•Q1；
D=-F2•Q1；
此外，令第一路第三数字音频信号A=0，相当于扩展噪声整形分离器的第一路输出端无输出。
然后，利用第二、第三、第四动态元件匹配模块分别将信号B、C和D转换为三路编码信号BD、CD和CD。再利用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，，并伴随生成模拟电路噪声/>；利用第三数模转换模块将编码信号CD转换为模拟音频信号IC，其中，/>，并伴随生成模拟电路噪声/>；利用第四数模转换模块将编码信号DD转换为模拟音频信号ID，其中，/>，并伴随生成模拟电路噪声/>。
这样，即可得到三路第一模拟音频信号IB、IC和ID；在加法器将三路第一模拟音频信号IB、IC和ID，以及模拟电路噪声、/>、/>整合为一路输出，并输出至模拟音频信号输出端时，就可以由模拟音频信号输出端将加法器的输出转换为第二模拟音频信号，此时第二模拟音频信号相应的表达式为：
；
将V5与V1对比，可以看到在数字音频信号为中信号时，本实施例提供的音频数模转换器输出的第二模拟音频信号中音频成分X保持不变，只是改由单元权重为4x的3态电流型数模转换后输出（即X4x，而现有技术则是相应输出X16x），从而实现尽可能保留音频的高保真输出；但是对于噪声部分，V5相比于V1，带内噪声减少了，主要的带外噪声减小为，次要的带外噪声减少了/>；而额外增加的、/>这两部分噪声可以忽略不计，因此在输入的中信号的数字音频信号相同的情况下，本实施例最终输出的第二模拟音频信号V5的信噪比不仅高于V1，且V5相比于V2，还可以进一步降低带外噪声（预期可降低12dB左右）。/>
可选的，若控制器监测到第二数字音频信号为小信号，则控制扩展噪声整形分离器将第二数字音频信号拆分为两路的第三数字音频信号，分别为第三路的第三数字音频信号C和第三路的第四数字音频信号D；其中，信号C和D的表达式分别为：
C=Y+ F2•Q1；
D= E3 =-F2•Q1；
其中，将Y=128X+Fm•Q0.25代入计算，可得C=128X+Fm•Q0.25+ F2•Q1；
此外，令第一路第三数字音频信号A=0、第二路第三数字音频信号B=0相当于扩展噪声整形分离器的第一路、第二路输出端无输出。
然后，利用第三、第四动态元件匹配模块分别将信号C和D转换为三路编码信号CD和CD。再利用利用第三数模转换模块将编码信号CD转换为模拟音频信号IC，其中，，并伴随生成模拟电路噪声/>；利用第四数模转换模块将编码信号DD转换为模拟音频信号ID，其中，/>，并伴随生成模拟电路噪声/>。
这样，即可得到两路第一模拟音频信号IC和ID；在加法器将两路第一模拟音频信号IC和ID，以及模拟电路噪声、/>整合为一路输出，并输出至模拟音频信号输出端时，就可以由模拟音频信号输出端将加法器的输出转换为第二模拟音频信号，此时第二模拟音频信号相应的表达式为：
；
将V6与V1对比，可以看到在数字音频信号为中信号时，本实施例提供的音频数模转换器输出的第二模拟音频信号中音频成分X保持不变，只是改由单元权重为1x的3态电流型数模转换后输出（即X1x，而现有技术则是相应输出X16x），从而实现尽可能保留音频的高保真输出；但是对于噪声部分，V6相比于V1，带内噪声减少了，主要的带外噪声减小为/>，次要的带外噪声减少了/>；而额外增加的/>、/>这两部分噪声可以忽略不计，因此在输入的中信号的数字音频信号相同的情况下，本实施例最终输出的第二模拟音频信号V6的信噪比不仅高于V1，且V6相比于V3，还可以进一步降低带外噪声（预期可降低12dB左右）。
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6，本申请还提出一种基于音频数模转换器的数模转换方法，所述音频数模转换器为上述实施例所述的音频数模转换器；所述基于音频数模转换器的数模转换方法包括：
步骤S10、当音频数模转换器接收到第一数字音频信号时，对所述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，并根据所述第二数字音频信号确定信号幅度；
步骤S20、根据所述信号幅度，将所述第二数字音频信号转换为至少一路的第三数字音频信号；
步骤S30、将至少一路的所述第三数字音频信号转换为至少一路的编码信号；
步骤S40、将至少一路的所述编码信号转换为至少一路的第一模拟音频信号；
步骤S50、根据至少一路的所述第一模拟音频信号，生成一路第二模拟音频信号。
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，音频数模转换器执行步骤S10-S50的具体过程和相关技术效果，可参照上述实施例的描述，本实施例对此不再赘述。
其中，步骤S10所述的根据所述第二数字音频信号确定信号幅度，即为确定第二数字音频信号的幅度。
可选的，步骤S20所述的根据所述信号幅度，将所述第二数字音频信号转换为至少一路的第三数字音频信号的步骤包括：
根据所述信号幅度确定信号类型，其中，所述信号类型包括大信号、中信号和小信号，所述大信号对应的信号幅度大于所述中信号对应的信号幅度，所述中信号对应的信号幅度大于所述小信号对应的信号幅度；
根据所述信号类型，将所述第二数字音频信号转换为至少一路的第三数字音频信号。
可选的，若所述信号类型为所述大信号，则将所述第二数字音频信号转换为K路的第三数字音频信号；若所述信号类型为所述中信号，则将所述第二数字音频信号转换为K-1路的第三数字音频信号；若所述信号类型为所述小信号，则将所述第二数字音频信号转换为K-2路的第三数字音频信号；其中，K为所述音频数模转换器中的扩展噪声整形分离器的输出端数量，且K大于或等于3。
可选的，所述基于音频数模转换器的数模转换方法，还包括：
检测所述第一数字音频信号是否属于零信号；
若否，则执行所述根据所述第二数字音频信号确定信号幅度的步骤；
若是，则生成零信号的第二模拟音频信号。
本实施例中，当音频数模转换器接收到第一数字音频信号时，可以监测第一数字音频信号的幅度是否为零，以此监测第一数字音频信号是否属于零信号（相当于监测信号X是否等于0）。
可选的，若监测到第一数字音频信号的幅度不为零，则可判定第一数字音频信号属于非零信号，因此在音频数模转换器在第一数字音频信号转换为第二数字音频信号后，可继续执行所述根据所述第二数字音频信号确定信号幅度的步骤，并在此基础上，逐步执行步骤S20-S50；若监测到第一数字音频信号的幅度为零，则可判定第一数字音频信号属于零信号，则此时音频数模转换器可直接生成零信号的第二模拟音频信号进行输出。
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基于音频数模转换器的数模转换程序，所述基于音频数模转换器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基于音频数模转换器的数模转换方法的步骤。
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、基于音频数模转换器的数模转换方法以及计算机可读存储介质，在将中、小信号类型的数字音频信号转换为相应的模拟音频信号进行输出时，实现在尽量保证音频的高保真输出的同时，可以有效提高最终输出的模拟音频信号的信噪比（即实现提高音频数模转换器输出的中、低音模拟音频信号的信噪比），进而提高用户对音频中、低音部分的听觉体验。
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、装置或者方法所固有的要素。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 (7)

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、控制器、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第一数字音频信号，所述第一调制器的输出端分别电连接所述扩展噪声整形分离器的输入端和所述控制器的第一监测端，所述控制器的第二监测端电连接所述第一调制器的输入端，所述控制器的控制信号输出端电连接所述扩展噪声整形分离器的控制端，每个所述动态元件匹配模块的输入端均电连接所述扩展噪声整形分离器的多路输出端中的一路，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；
所述控制器，用于监测第一数字音频信号的幅度，以判断第一数字音频信号是否属于零信号；若监测到第一数字音频信号属于零信号时，则控制音频数模转换器输出零信号的模拟音频信号；若监测到第一数字音频信号属于非零信号时，则根据监测到的第二数字音频信号的幅度，控制所述扩展噪声整形分离器将第二数字音频信号，转换为至少两路的第三数字音频信号；
所述动态元件匹配模块，用于将第三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第一模拟音频信号；
所述加法器，用于整合至少两路的第一模拟音频信号并输出至所述模拟音频信号输出端；
其中，若所述第二数字音频信号为大信号，则所述第三数字音频信号包括：A=Y+F•Q16、B= -F•Q16+ F•Q4、C=-F•Q4+ F2•Q1、D=-F2•Q1；
若所述第二数字音频信号为中信号，则所述第三数字音频信号包括：B= Y+ F•Q4、C=-F•Q4+ F2•Q1、D=-F2•Q1；
若所述第二数字音频信号为小信号，则所述第三数字音频信号包括：C=Y+ F2•Q1、D=-F2•Q1；
其中，A为第一路的第三数字音频信号、B为第二路的第三数字音频信号、C为第三路的第三数字音频信号、D为第四路的第三数字音频信号、Y为所述第二数字音频信号、F为噪声传递函数、Q为量化噪声信号。
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、第三减法器、第一选通器、第二选通器、第三选通器、第四选通器、第五选通器和第六选通器；
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、所述第一减法器的第一输入端、所述第一选通器的第二输入端和所述第二选通器的第二输入端；
所述第二调制器的输出端分别电连接所述第一减法器的第二输入端和所述第三选通器的第一输入端；
所述第一减法器的输出端电连接所述第一选通器的第一输入端；
所述第一选通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分别电连接所述第二减法器的第二输入端和所述第四选通器的第一输入端；
所述第二减法器的输出端电连接所述第二选通器的第一输入端；
所述第二选通器的输出端经所述第四调制器电连接所述第五选通器的第一输入端，且所述第四调制器的输入端电连接所述第二选通器的输出端，所述第四调制器的输出端分别电连接所述第五选通器的第一输入端和所述第三减法器的第二输入端；
所述第二选通器的输出端还电连接所述第三减法器的第一输入端；
所述第三减法器的输出端电连接所述第六选通器的第一输入端；
其中，所述第一选通器、所述第二选通器、所述第三选通器、所述第四选通器、所述第五选通器、所述第六选通器的控制端电连接所述控制器的控制信号输出端；所述第三选通器、所述第四选通器、所述第五选通器、所述第六选通器的第二输入端为零输入；所述第三选通器、所述第四选通器、所述第五选通器、所述第六选通器的输出端均为所述扩展噪声整形分离器的输出端。
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。
4.一种基于音频数模转换器的数模转换方法，其特征在于，所述音频数模转换器为权利要求1或2所述的音频数模转换器；所述基于音频数模转换器的数模转换方法包括：
当音频数模转换器接收到第一数字音频信号时，检测所述第一数字音频信号是否属于零信号；
若否，对所述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，并根据所述第二数字音频信号确定信号幅度；根据所述信号幅度，将所述第二数字音频信号转换为至少两路的第三数字音频信号；将至少两路的所述第三数字音频信号转换为至少两路的编码信号；将至少两路的所述编码信号转换为至少两路的第一模拟音频信号；将至少两路的所述第一模拟音频信号整合为一路第二模拟音频信号；
若是，生成零信号的第二模拟音频信号。
5.根据权利要求4所述的基于音频数模转换器的数模转换方法，其特征在于，所述根据所述信号幅度，将所述第二数字音频信号转换为至少两路的第三数字音频信号的步骤包括：
根据所述信号幅度确定信号类型，其中，所述信号类型包括大信号、中信号和小信号，所述大信号对应的信号幅度大于所述中信号对应的信号幅度，所述中信号对应的信号幅度大于所述小信号对应的信号幅度；
根据所述信号类型，将所述第二数字音频信号转换为至少两路的第三数字音频信号。
6.根据权利要求5所述的基于音频数模转换器的数模转换方法，其特征在于，所述根据所述信号类型，将所述第二数字音频信号转换为至少两路的第三数字音频信号的步骤包括：
若所述信号类型为所述大信号，则将所述第二数字音频信号转换为K路的第三数字音频信号；
若所述信号类型为所述中信号，则将所述第二数字音频信号转换为K-1路的第三数字音频信号；
若所述信号类型为所述小信号，则将所述第二数字音频信号转换为K-2路的第三数字音频信号；
其中，K为所述音频数模转换器中的扩展噪声整形分离器的输出端数量，且K等于4。
7.一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基于音频数模转换器的数模转换程序，所述基于音频数模转换器的数模转换程序被处理器执行时实现如权利要求4至6中任一项所述的基于音频数模转换器的数模转换方法的步骤。
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