CN116913294B - Pcm信号的处理方法、装置、数字音频系统及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种PCM信号的处理方法、装置、数字音频系统及电子设备，包括：对原始PCM信号进行上采样，得到高采样率的PCM信号；将高采样率的PCM信号转换成PDM信号；根据音频接口的位宽对PDM信号进行合并，得到与音频接口的位宽相匹配的宽比特PDM信号；根据重新配置的位时钟信号将宽比特PDM信号从音频接口输出。

Description

PCM信号的处理方法、装置、数字音频系统及电子设备
技术领域
本发明涉及音频信号处理技术领域，尤其涉及一种PCM信号的处理方法、装置、数字音频系统及电子设备。
背景技术
随着物联网技术的发展，音频播放成为很多产品的基本功能，例如音频播放在云喇叭、共享单车，电子门铃等产品中都有应用。目前典型的数字音频系统，至少包括两部分：主控制器和音频编解码芯片（codec），其中主控制器集成了数字音频接口，通过这些接口连接外部的音频编解码芯片。在播放声音时，音频信号经过主控制器处理之后，得到纯正的数字音频信号，如PCM（Pulse Code Modulation，脉冲编码调制）信号，该信号直接通过数字音频接口送入音频编解码芯片进行D/A（Digital/Analog，数字/模拟）转换，还原成模拟音频信号。
由于音频编解码芯片的成本过高，因此为了提高产品的竞争优势，有必要提出一种新的方案，能够替代音频编解码芯片实现D/A转换。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种PCM信号的处理方法、装置、数字音频系统及电子设备，能够将原始PCM信号转换为PDM信号，并复用音频接口输出该PDM信号，以便使用低成本的低通滤波器实现音频信号的D/A转换。
第一方面，本发明提供一种PCM信号的处理方法，包括：
对原始PCM信号进行上采样，得到高采样率的PCM信号；
将所述高采样率的PCM信号转换成PDM信号；
根据音频接口的位宽对所述PDM信号进行合并，得到与音频接口的位宽相匹配的宽比特PDM信号；
根据重新配置的位时钟信号将所述宽比特PDM信号从音频接口输出。
可选地，所述音频接口为I2S接口，所述重新配置的位时钟信号是根据上采样倍数和所述I2S接口的位宽得到的，其表达式为：
BCLK = (SR * W * CHN)<<(log2 N- log2 W)
其中BCLK为重新配置的位时钟信号，SR为原始PCM信号的采样率，W为I2S接口的位宽，CHN为声道数，N为上采样倍数，N、W为2的幂，<<表示左移运算。
可选地，所述I2S接口被配置为工作在主模式，且只用于传输输出特性的数据信号。
可选地，所述对原始PCM信号进行上采样，得到高采样率的PCM信号包括：
先通过FIR滤波器对原始PCM信号进行第一级上采样；
再通过CIC滤波器对第一级上采样后的PCM信号进行第二级上采样。
可选地，第一级上采样的倍数为2，第二级上采样的倍数可配置，取值为16、32和64的任意一种。
可选地，所述将所述高采样率的PCM信号转换成PDM信号包括：
通过软件实现的delta-sigma调制器对所述高采样率的PCM信号进行1比特量化处理，得到PDM信号，其中delta-sigma调制器为一阶至三阶的delta-sigma调制器中的任意一种。
可选地，通过二阶delta-sigma调制器对所述高采样率的PCM信号进行1比特量化处理，所述二阶delta-sigma调制器包括前向通路和反馈通路，前向通路包括依次连接的第一减法器、第一积分器、第二减法器、第二积分器和二值量化器，反馈通路包括延迟器、第一比例器和第二比例器，延迟器的输出端分别与第一比例器的输入端以及第二比例器的输入端连接，第一比例器的输出端与第二减法器连接，第二比例器的输出端与第一减法器连接；
其中，第一积分器和第二积分器的增益为k，第一比例器的增益为g，第二比例器的增益为g2，g和k均取值为1，以完全避免乘法。
可选地，通过三阶delta-sigma调制器对所述高采样率的PCM信号进行1比特量化处理，所述三阶delta-sigma调制器包括前向通路和反馈通路，前向通路包括依次连接的第一减法器、第一积分器、第二减法器、第二积分器、第三减法器、第三积分器和二值量化器，反馈通路包括延迟器、第一比例器、第二比例器和第三比例器，延迟器的输出端分别与第一比例器的输入端、第二比例器的输入端以及第三比例器的输入端连接，第一比例器的输出端与第三减法器连接，第二比例器的输出端与第二减法器连接，第三比例器的输出端与第一减法器连接；
其中，第一积分器、第二积分器和第三积分器的增益为k，第一比例器的增益为g，第二比例器的增益为g2，第三比例器的增益为g3，g取值为1.65，k取值为0.25。
第二方面，本发明提供一种PCM信号的处理装置，包括：
上采样模块，用于对原始PCM信号进行上采样，得到高采样率的PCM信号；
转换模块，用于将所述高采样率的PCM信号转换成PDM信号；
合并模块，用于根据音频接口的位宽对所述PDM信号进行合并，得到与音频接口的位宽相匹配的宽比特PDM信号；
输出模块，用于根据重新配置的位时钟信号将所述宽比特PDM信号从音频接口输出。
可选地，所述音频接口为I2S接口，所述重新配置的位时钟信号是根据上采样倍数和所述I2S接口的位宽得到的，其表达式为：
BCLK = (SR * W * CHN)<<(log2 N- log2 W)
其中BCLK为重新配置的位时钟信号，SR为原始PCM信号的采样率，W为I2S接口的位宽，CHN为声道数，N为上采样倍数，N、W为2的幂，<<表示左移运算。
可选地，所述上采样模块，用于先通过FIR滤波器对原始PCM信号进行第一级上采样；再通过CIC滤波器对第一级上采样后的PCM信号进行第二级上采样。
可选地，所述转换模块，用于通过delta-sigma调制器对所述高采样率的PCM信号进行1比特量化处理，得到PDM信号，其中delta-sigma调制器为一阶至三阶的delta-sigma调制器中的任意一种。
第三方面，本发明提供一种主控制器，所述主控制器包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述PCM信号的处理方法。
第四方面，本发明提供一种数字音频系统，包括上述主控制器，还包括：低通滤波器，用于对所述主控制器输出的所述宽比特PDM信号进行滤波，以得到模拟音频信号。
第五方面，本发明提供一种电子设备，包括上述数字音频系统。
本发明实施例提供的PCM信号的处理方法、装置、数字音频系统及电子设备，能够将原始PCM信号转换为PDM信号，并复用音频接口输出该PDM信号，以便使用低成本的低通滤波器实现音频信号的D/A转换。本发明实施例实现了一个低成本的音频播放产品，在保证音质的同时，节省了一个音频编解码芯片，大大提高了产品的竞争力。
附图说明
图1为本发明一实施例的PCM信号的处理方法的流程示意图；
图2为本发明一实施例的二阶delta-sigma调制器的系统框图；
图3为本发明一实施例的三阶delta-sigma调制器的系统框图；
图4为本发明一实施例的改造后I2S接口的输出数据格式示意图；
图5为本发明一实施例的PCM信号的处理装置的结构示意图；
图6为本发明一实施例的主控制器的结构示意图；
图7为本发明一实施例的数字音频系统的组成框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明一实施例提供一种PCM信号的处理方法，应用于主控制器，如图1所示，该方法包括以下步骤：
S101，对原始PCM信号进行上采样，得到高采样率的PCM信号；
S102，将高采样率的PCM信号转换成PDM信号；
S103，根据音频接口的位宽对PDM信号进行合并，得到与音频接口的位宽相匹配的宽比特PDM信号；
S104，根据重新配置的位时钟信号将宽比特PDM信号从音频接口输出。
下面对各步骤进行详细论述。
在步骤S101，假设原始PCM信号的采样率是SR，通常PCM信号转换成PDM（PulseDensity Modulation，脉冲密度调制）信号需要进行上采样（Upsampling），将原始PCM信号的采样率提升到所需的采样率。
上采样的具体过程如下：
先通过FIR滤波器对原始PCM信号进行第一级上采样；
再通过CIC滤波器对第一级上采样后的PCM信号进行第二级上采样。
本实施例中，FIR滤波器采用40阶左右（一般为偶数阶，例如可以是38阶、40阶、42阶等）的多项滤波方式进行第一级2x上采样。再级联3阶或4阶的CIC滤波器进行第二级16x,32x, 64x(三种倍数可配置)上采样。
也就是说，先通过FIR滤波器将原始PCM信号的采样率提升2倍，再通过CIC滤波器将原始PCM信号的采样率进一步提升16倍、32倍或者64倍（三种倍数可配置）。假设上采样倍数为N，上采样倍数N=第一级上采样倍数*第二级上采样倍数。上采样倍数越高，音质越好，但计算量也越大。优选地，上采样倍数N选择32、64或128。
能够理解的是，FIR滤波器和CIC滤波器都是通过软件来实现的。FIR滤波器结合CIC滤波器方案可以避免单纯使用FIR计算量巨大，主控制器消耗过高的问题，也避免了单纯使用CIC造成高频的幅度失真过大等问题。FIR滤波器结合CIC滤波器方案能同时兼顾到对性能和运算量的要求。
在步骤S102，上采样完成后，对高采样率的PCM信号进行1bit量化处理，得到PDM信号。
本实施例中，在对高采样率的PCM信号进行1bit量化处理过程中，使用数字域的delta-sigma调制，这样可以保证1bit量化产生的量化噪声尽量靠近PDM信号的高频部分，从而使原始PCM信号的有效带宽内的量化失真尽可能的小。
具体地，通过软件实现的delta-sigma调制器对高采样率的PCM信号进行1bit量化，得到PDM信号。所使用的delta-sigma调制器可以通过参数选择一阶至三阶的delta-sigma调制器中的任意一种，使得可以根据产品对音质和运算量的要求灵活配置。另外，为了进一步降低软件部分对主控制器资源的占用，通过串行处理的方式避免对内存的大量占用。总的数据内存消耗控制在1Kbyte左右。同时，调试和选择了二阶和三阶的delta-sigma参数，使二阶运算完全避免乘法，三阶运算部分乘法用移位实现。
具体地，图2示出了二阶delta-sigma调制器的系统框图，包括前向通路和反馈通路，前向通路包括依次连接的第一减法器、第一积分器、第二减法器、第二积分器和二值量化器，反馈通路包括延迟器、第一比例器和第二比例器，延迟器的输出端分别与第一比例器的输入端以及第二比例器的输入端连接，第一比例器的输出端与第二减法器连接，第二比例器的输出端与第一减法器连接。
从信号的角度来看，在前向通路，输入信号X依次经过第一减法器、第一积分器、第二减法器、第二积分器和二值量化器，得到输出信号Y。在反馈通路，输出信号Y先经过延迟器，然后分为两路信号，其中第一路信号经第一比例器输入第二减法器，第二路信号经第二比例器输入第一减法器。其中，第一积分器和第二积分器的增益为k，第一比例器的增益为g，第二比例器的增益为g2（g*g）。由于g处在delta环节，k处在sigma环节，在本申请中，参数g可以叫做delta差分参数，k可以叫做sigma积分参数。对于二阶delta-sigma运算，参数g和参数k直接影响运算性能。本实施例中，参数g和参数k均可取值为1，以完全避免乘法。
进一步地，图3示出了三阶delta-sigma调制器的系统框图，包括前向通路和反馈通路，前向通路包括依次连接的第一减法器、第一积分器、第二减法器、第二积分器、第三减法器、第三积分器和二值量化器，反馈通路包括延迟器、第一比例器、第二比例器和第三比例器，延迟器的输出端分别与第一比例器的输入端、第二比例器的输入端以及第三比例器的输入端连接，第一比例器的输出端与第三减法器连接，第二比例器的输出端与第二减法器连接，第三比例器的输出端与第一减法器连接。
从信号的角度来看，在前向通路，输入信号X依次经过第一减法器、第一积分器、第二减法器、第二积分器、第三减法器、第三积分器和二值量化器，得到输出信号Y。在反馈通路，输出信号Y先经过延迟器，然后分为三路信号，第一路信号经第一比例器输入第三减法器，第二路信号经第二比例器输入第二减法器，第三路信号经第三比例器输入第一减法器。其中，第一积分器、第二积分器和第三积分器的增益为k，第一比例器的增益为g，第二比例器的增益为g2，第三比例器的增益为g3。对于三阶delta-sigma运算，参数g和参数k直接影响运算性能。本实施例中，参数g取值为1.65时，参数k可取值为0.25。0.25在定点运算中可以通过移位实现。
在步骤S103，原始PCM信号转换成PDM信号后，要对外传输PDM信号，需要匹配音频接口的位宽，以I2S接口为例，根据I2S接口实际传输的位宽对PDM信号进行合并，假设I2S接口的位宽为W，即把W个PDM信号合并成一个W宽的宽比特PDM信号。
这里还要说明的是，主控制器集成的音频接口本身是用于传输PCM信号的，现在用于传输PDM信号，因此需要改变现有音频接口的工作方式，实现音频接口的复用。
下面是基于I2S接口的改造举例：
原来I2S接口由四根线组成，分别是LRCLK用于标注左右声道，BCLK用于串行数据信号传输的时钟，SDI or SDO用于输入/输出数据的传输。
本实施例对该I2S接口进行改造，首先I2S接口只工作在主模式（master），并且只用于传输输出特性的数据信号（SDO），输出特性的数据信号SDO的数据格式如图4所示，不再有左右声道的概念和MSB、LSB的概念。
在步骤S104，根据重新配置的位时钟信号将宽比特PDM信号从音频接口输出。
本实施例中，根据采样率SR、上采样倍数N、I2S接口的位宽W计算I2S接口的位时钟信号（BCLK），注意这个BCLK并不是对应PCM的BCLK，而是经过重新配置后对应PDM的BCLK。
重新配置的位时钟信号BCLK的表达式为：
BCLK = (SR * W * CHN)<<(log2 N- log2 W)
其中BCLK为重新配置的位时钟信号，SR为原始PCM信号的采样率，W为I2S接口的位宽，CHN为声道数，N为上采样倍数，N、W为2的幂，N>= W，通常N为W的若干整数倍，<<表示左移运算。
这样，就可以利用I2S接口本身的精准的位时钟来传输W宽的PDM信号，而不用采用定时器逐个比特发送，整个过程可实现简单电路高精度播放PCM。
举例说明：假设PCM采样率48KHZ，I2S接口是16bit位宽，单声道，如果I2S接口直接传输，那么位时钟（BCLK）需要配置为（不考虑无效位）：
BCLK = 48K * 16 * 1 = 736KHz
而在本实施例中，转换成PDM时假设上采样倍数N=64，那么重新配置的I2S的位时钟信号为：
BCLK = (48K * 16 * 1)<<(log2 64- log2 16)=3.072MHz
需要说明的是，也可以采用其他串行总线如SPI、串口等传输PDM信号，同样需要设置正确的时钟频率或波特率。
本发明实施例提供的一种PCM信号的处理方法，主控制器将原始PCM信号转换为PDM信号，并复用集成的音频接口输出该PDM信号，以便使用低成本的低通滤波器即可实现音频信号的D/A转换。与现有技术相比，该PDM信号的D/A转换可以由一个低通滤波器来实现，使用低通滤波器替代音频编解码芯片，有利于降低产品成本。
另一方面，本发明一实施例提供一种PCM信号的处理装置，如图5所示，该装置包括：
上采样模块501，用于对原始PCM信号进行上采样，得到高采样率的PCM信号；
转换模块502，用于将高采样率的PCM信号转换成PDM信号；
合并模块503，用于根据音频接口的位宽对PDM信号进行合并，得到与音频接口的位宽相匹配的宽比特PDM信号；
输出模块504，用于根据重新配置的位时钟信号将宽比特PDM信号从音频接口输出。
进一步地，所述音频接口为I2S接口，所述重新配置的位时钟信号是根据上采样倍数和所述I2S接口的位宽得到的，其表达式为：
BCLK = (SR * W * CHN)<<(log2 N- log2 W)
其中BCLK为重新配置的位时钟信号，SR为原始PCM信号的采样率，W为I2S接口的位宽，CHN为声道数，N为上采样倍数，N、W为2的幂，<<表示左移运算。
进一步地，上采样模块501，用于先通过FIR滤波器对原始PCM信号进行第一级上采样；再通过CIC滤波器对第一级上采样后的PCM信号进行第二级上采样。
进一步地，转换模块502，用于通过delta-sigma调制器对高采样率的PCM信号进行1比特量化处理，得到PDM信号，其中delta-sigma调制器为一阶至三阶的delta-sigma调制器中的任意一种。
本发明实施例提供的PCM信号的处理装置是用于执行上述方法实施例的，其具体流程和详细内容请参照上述实施例，此处不再赘述。
另一方面，本发明一实施例提供一种主控制器，如图6所示，该主控制器可以包括：至少一个处理器(processor)601、存储器(memory)602和通信总线603，其中，至少一个处理器601和存储器602通过通信总线603完成相互间的通信。所述存储器602存储有可被至少一个处理器601执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器601执行，以实现上述实施例提供的PCM信号的处理方法。
例如，主控制器可以是MCU，DSP或者单片机具有各种运算和处理能力的控制器。
另一方面，本发明一实施例提供一种数字音频系统，如图7所示，包括上述实施例的主控制器，还包括：低通滤波器，用于对主控制器输出的宽比特PDM信号进行滤波，以得到模拟音频信号。
低通滤波器可采用一阶或多阶RC低通滤波器。以一阶RC低通滤波器为例，R设置成10k欧姆，C设置成1nF电容，FC截止频率点为15.9kHz。
该数字音频系统用简单低通滤波器播放PCM语音，提供了一种超低成本的音频播放产品的解决方案。
另一方面，本发明一实施例还提供一种电子设备，包括上述实施例的数字音频系统。
实际应用中，该电子设备可以是带主控制器的低成本音频播放产品，包括但不限于云喇叭，儿童玩具，门铃等只需要语音或音频播放的装置或设备。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，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）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (13)

1.一种PCM信号的处理方法，其特征在于，包括：
对原始PCM信号进行上采样，得到高采样率的PCM信号；
将所述高采样率的PCM信号转换成PDM信号；
根据音频接口的位宽对所述PDM信号进行合并，得到与音频接口的位宽相匹配的宽比特PDM信号；
根据重新配置的位时钟信号将所述宽比特PDM信号从音频接口输出；
其中所述音频接口为I2S接口，所述重新配置的位时钟信号是根据上采样倍数和所述I2S接口的位宽得到的，其表达式为：
BCLK = (SR * W * CHN) << (log2 N - log2 W)
其中BCLK为重新配置的位时钟信号，SR为原始PCM信号的采样率，W为I2S接口的位宽，CHN为声道数，N为上采样倍数，N、W为2的幂，<<表示左移运算。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述I2S接口被配置为工作在主模式，且只用于传输输出特性的数据信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对原始PCM信号进行上采样，得到高采样率的PCM信号包括：
先通过FIR滤波器对原始PCM信号进行第一级上采样；
再通过CIC滤波器对第一级上采样后的PCM信号进行第二级上采样。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，第一级上采样的倍数为2，第二级上采样的倍数可配置，取值为16、32和64的任意一种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述高采样率的PCM信号转换成PDM信号包括：
通过软件实现的delta-sigma调制器对所述高采样率的PCM信号进行1比特量化处理，得到PDM信号，其中delta-sigma调制器为一阶至三阶的delta-sigma调制器中的任意一种。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过二阶delta-sigma调制器对所述高采样率的PCM信号进行1比特量化处理，所述二阶delta-sigma调制器包括前向通路和反馈通路，前向通路包括依次连接的第一减法器、第一积分器、第二减法器、第二积分器和二值量化器，反馈通路包括延迟器、第一比例器和第二比例器，延迟器的输出端分别与第一比例器的输入端以及第二比例器的输入端连接，第一比例器的输出端与第二减法器连接，第二比例器的输出端与第一减法器连接；
其中，第一积分器和第二积分器的增益为k，第一比例器的增益为g，第二比例器的增益为g2，g和k均取值为1。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过三阶delta-sigma调制器对所述高采样率的PCM信号进行1比特量化处理，所述三阶delta-sigma调制器包括前向通路和反馈通路，前向通路包括依次连接的第一减法器、第一积分器、第二减法器、第二积分器、第三减法器、第三积分器和二值量化器，反馈通路包括延迟器、第一比例器、第二比例器和第三比例器，延迟器的输出端分别与第一比例器的输入端、第二比例器的输入端以及第三比例器的输入端连接，第一比例器的输出端与第三减法器连接，第二比例器的输出端与第二减法器连接，第三比例器的输出端与第一减法器连接；
其中，第一积分器、第二积分器和第三积分器的增益为k，第一比例器的增益为g，第二比例器的增益为g2，第三比例器的增益为g3，g取值为1.65，k取值为0.25。
8.一种PCM信号的处理装置，其特征在于，包括：
上采样模块，用于对原始PCM信号进行上采样，得到高采样率的PCM信号；
转换模块，用于将所述高采样率的PCM信号转换成PDM信号；
合并模块，用于根据音频接口的位宽对所述PDM信号进行合并，得到与音频接口的位宽相匹配的宽比特PDM信号；
输出模块，用于根据重新配置的位时钟信号将所述宽比特PDM信号从音频接口输出；
其中所述音频接口为I2S接口，所述重新配置的位时钟信号是根据上采样倍数和所述I2S接口的位宽得到的，其表达式为：
BCLK = (SR * W * CHN) << (log2 N - log2 W)
其中BCLK为重新配置的位时钟信号，SR为原始PCM信号的采样率，W为I2S接口的位宽，CHN为声道数，N为上采样倍数，N、W为2的幂，<<表示左移运算。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述上采样模块，用于先通过FIR滤波器对原始PCM信号进行第一级上采样；再通过CIC滤波器对第一级上采样后的PCM信号进行第二级上采样。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述转换模块，用于通过delta-sigma调制器对所述高采样率的PCM信号进行1比特量化处理，得到PDM信号，其中delta-sigma调制器为一阶至三阶的delta-sigma调制器中的任意一种。
11.一种主控制器，其特征在于，所述主控制器包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1至7中任一项所述的方法。
12.一种数字音频系统，其特征在于，包括如权利要求11所述的主控制器，还包括：低通滤波器，用于对所述主控制器输出的所述宽比特PDM信号进行滤波，以得到模拟音频信号。
13.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求12所述的数字音频系统。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103701465A (zh) * 2013-12-02 2014-04-02 苏州上声电子有限公司 一种基于多比特△—σ调制的数字扬声器系统实现方法和装置
CN204408612U (zh) * 2015-01-14 2015-06-17 深圳市矽普特科技有限公司 一种pwm信号转换电路
CN214954589U (zh) * 2021-03-15 2021-11-30 珠海市运泰利自动化设备有限公司 低成本的pdm模拟测试模块
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103701465A (zh) * 2013-12-02 2014-04-02 苏州上声电子有限公司 一种基于多比特△—σ调制的数字扬声器系统实现方法和装置
CN204408612U (zh) * 2015-01-14 2015-06-17 深圳市矽普特科技有限公司 一种pwm信号转换电路
CN114766051A (zh) * 2019-12-27 2022-07-19 罗姆股份有限公司 音频电路、dsd信号的再现方法
CN214954589U (zh) * 2021-03-15 2021-11-30 珠海市运泰利自动化设备有限公司 低成本的pdm模拟测试模块

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