CN117098034A - 用于声音信号处理的噪声抑制的设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于声音信号处理的噪声抑制的设备，其包括功率放大器、零交越侦测器以及阈值侦测器。功率放大器具有用以接收声音输入信号的输入信号端以及输出信号端。声音输入信号为根据数字声音信号版本的数字模拟转换版本。功率放大器具有响应于模拟增益控制信号而可控的模拟增益。零交越侦测器根据输入信号端与输出信号端之间所提供的内部信号确定零交越侦测信号。阈值侦测器根据数字声音信号以及零交越侦测信号来生成表示增益设定的模拟增益控制信号来确定增益设定，其中阈值侦测器根据模拟增益控制信号控制功率放大器的模拟增益。

Description

用于声音信号处理的噪声抑制的设备

技术领域

本申请涉及集成电路，尤其涉及一种用于声音信号处理的噪声抑制的设备。

背景技术

现有技术的电子系统通常包括数字处理模块、数据转换器以及模拟处理模块。在声音信号处理系统中，例如音频重现装置，声音信号在转换为模拟信号之前会进行数字处理。数字处理模块可包括数字信号处理器，用以接收数字声音信号并提供多种的数字处理，例如滤波、频率上取样、和/或其他数字信号处理。数字处理模块的输出可以联接至数字模拟转换器以将处理过的数字信号转换为模拟信号。模拟处理模块可包括处理电路(例如功率放大器)以驱动后续级。

在信号路径中，所述功率放大器可为可变增益放大器，以提供具有足够增益的信号至后续级，以达到较广的动态范围。然而，噪声还是有可能被引入信号路径并且不需要地被功率放大器放大。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种用于声音信号处理的噪声抑制且具有模拟增益控制的设备。

为了达到上述的目的，本申请实施例提供一种用于声音信号处理的噪声抑制的设备。所述设备包括功率放大器、零交越侦测器以及阈值侦测器。所述功率放大器具有输入信号端以及输出信号端，其中所述输入信号端用以接收声音输入信号，且所述声音输入信号根据数字声音信号的数字模拟转换版本，所述功率放大器具有响应于模拟增益控制信号而为可控的模拟增益。所述零交越侦测器是用以根据所述输入信号端以及所述输出信号端之间所提供的内部信号来确定零交越侦测信号。所述阈值侦测器用以根据所述数字声音信号以及所述零交越侦测信号确定增益设定以生成所述模拟增益控制信号来表示所述增益设定，其中所述阈值侦测器根据所述模拟增益控制信号来控制所述功率放大器的模拟增益。

在一些实施例中，当所述阈值侦测器侦测所述数字声音信号在第一参考范围内变化且所述零交越侦测信号表示零交越状态时，所述阈值侦测器将所述增益设定确定为第一增益参数；否则，所述阈值侦测器将所述增益设定确定为第二增益参数。

在一些实施例中，所述功率放大器具有多个增益设定状态，且所述功率放大器根据所述模拟增益控制信号中所表示的所述增益设定被设定为所述多个增益设定状态中的一个，其中所述第一增益参数表示所述多个增益设定状态中的一个从而使所述功率放大器具有较低增益。

在一些实施例中，所述内部信号包括模拟信号，所述模拟信号根据所述输入信号端的信号以及所述输出信号端的信号来变化。

在一些实施例中，所述零交越侦测器包括比较器电路，所述比较器电路根据所述模拟信号以及参考信号之间的比较来生成所述零交越侦测信号。

在一些实施例中，所述内部信号包括第一信号以及第二信号，所述第一信号以及所述第二信号根据所述输入信号端的信号以及所述输出信号端的信号来变化，且所述第一信号以及所述第二信号为模拟差分信号。

在一些实施例中，所述零交越侦测器包括第一比较器电路以及第二比较器电路。所述第一比较器电路根据所述第一信号以及参考信号的比较来生成第一比较结果信号。所述第二比较器电路根据所述第二信号以及所述参考信号的比较来生成第二比较结果信号。所述零交越侦测器根据所述第一比较结果信号以及所述第二比较结果信号生成所述零交越侦测信号。

在一些实施例中，所述内部信号包括第一信号以及第二信号，所述第一信号以及所述第二信号根据所述输入信号端的信号以及所述输出信号端的信号来变化，且所述第一信号以及所述第二信号为脉冲宽度调制信号。

在一些实施例中，所述零交越侦测器包括：第一比较器电路、第二比较器电路以及零交越确定电路。所述第一比较器电路根据所述第一信号以及参考信号的比较来生成第一比较结果信号。所述第二比较器电路根据所述第二信号以及所述参考信号的比较来生成第二比较结果信号。所述零交越确定电路根据所述第一比较结果信号与所述第二结果比较信号之间的比较来生成所述零交越侦测信号。当所述第一信号及所述第二信号的其中一个表示高状态，所述零交越确定电路开始比较所述第一信号以及所述第二信号是否相等。当所述第一信号以及所述第二信号为相等，且在所述第一信号以及所述第二信号转换为低状态后具有表示所述高状态的相同区间，所述零交越确定电路生成所述零交越侦测信号以表示零交越状态；否则，所述零交越确定电路生成所述零交越侦测信号以表示非零交越状态。

在一些实施例中，所述功率放大器是基于D类放大器。

在一些实施例中，所述设备进一步包括数字模拟转换器，所述数字模拟转换器根据所述数字声音信号的版本来生成所述声音输入信号以执行数字模拟转换。

如上，本申请提供一种用于声音信号处理的噪声抑制的设备的多种实施例。所述设备可用于控制模拟增益，因此当较低信号输出(例如：接近零输出或小信号输出)等情况出现时，噪声等级可以被降低。因为在包含零交越状态以及小信号状态的至少两个情况被侦测到时所述设备控制所述功率放大器，因此模拟增益控制可以更准确且及时的被执行。因此，所述功率放大器的输出的平均噪声等级可以被降低。

附图说明

图1为显示声音信号处理的噪声抑制的设备的示范性架构的示意图，其代表本申请的多个实施例。

图2为显示使用于图1的示范性架构的声音信号处理的噪声抑制的设备的一种实施例框图。

图3A为显示零交越侦测器的一种实施例的框图。

图3B为显示零交越侦测器的一种实施例的框图。

图4为显示使用于图1的示范性架构的声音信号处理的噪声抑制的设备的另一种实施例框图。

图5A为显示零交越侦测器的一种实施例的框图。

图5B为显示零交越侦测的一种实施例的示意图。

图6为显示阈值侦测的一种实施例的示意图。

图7为显示阈值侦测器的一种实施例的框图。

附图标记：

5 数字电路

9 数字模拟转换器

10、10A 功率放大器

20、20A 零交越侦测器

21 比较器电路

21A 第一比较器电路

22A 第二比较器电路

23 逻辑装置

30 阈值侦测器

110 误差放大器级

120 比较器级

130 输出级

210 第一比较器电路

220 第二比较器电路

230 零交越确定电路

310 逻辑电路

320 控制电路

C₁、C₂ 电容

G_PWM 增益

PWM_P、PWM_N 脉冲宽度调制信号

R_i、R_f、R_z 电阻

Sda 数字声音信号

Sgc 模拟增益控制信号

V_op、V_op1、V_on、V_on1 输出信号

具体实施方式

为促进对本申请的目的、特征、和功效的理解，本申请提供多个实施例及附图来详细说明本申请的公开内容。

请参考图1，其显示声音信号处理的噪声抑制的设备的示范性架构的示意图，其代表本申请的多个实施例。如图1所示，声音信号处理的噪声抑制的设备包括功率放大器10、零交越侦测器20以及阈值侦测器30。所述设备可被应用于声音信号处理路径，例如包括数字电路5、数字模拟转换器(digital-to-analog converter，DAC)9以及所述功率放大器10的路径，其中数字声音信号(Sda)被施加于所述声音信号处理路径，且所述功率放大器10的输出然后可以被应用以重现，例如由喇叭、头戴耳机、耳机等重现。此外，所述数字电路5为可选的，其用以执行数字信号处理，例如滤波、频率上取样、等化、音效或其他合适的声音处理。在一些实施例中，所述设备可以被进一步的实现为数字输入音频放大器或音频重现装置。

所述功率放大器10具有输入信号端以及输出信号端。声音输入信号被施加于所述输入信号端。如图1所示，所述声音输入信号例如为一种数字模拟转换版本，其为通过所述数字模拟转换器9根据数字声音信号(Sda)的一种版本而得。所述功率放大器10具有响应于模拟增益控制信号(Sgc)而可控的模拟增益。

所述零交越侦测器20根据由所述输入信号端以及所述输出信号端之间所提供的内部信号确定零交越侦测信号。

所述阈值侦测器30用以根据所述数字声音信号以及所述零交越侦测信号确定增益设定以生成所述模拟增益控制信号来表示所述增益设定，其中所述阈值侦测器30根据所述模拟增益控制信号控制所述功率放大器10的模拟增益。

在一些实施例中，当所述阈值侦测器30侦测到所述数字声音信号在第一参考范围(例如最大允许信号幅度(或数字化数值)的0.01％、0.1％、1％、2％的范围)内变化且所述零交越侦测信号表示零交越状态时，所述阈值侦测器30将所述增益设定确定为第一增益参数；否则，所述阈值侦测器30将所述增益设定确定为第二增益参数。

在一些实施例中，所述功率放大器10具有多个增益设定状态(例如：3.52dB(1.5倍)、6dB(2倍)、8dB(2.5倍)、9.5dB(3倍)、11.5dB(3.75倍)、13dB(4.5倍)、14dB(5倍)、15.5dB(6倍)的增益)，且所述功率放大器10根据所述模拟增益控制信号中所表示的所述增益设定被设定为所述增益设定状态的其中一个，其中所述第一增益参数表示所述多个增益设定状态的其中一个从而使所述功率放大器10具有较低增益(例如：3.52dB(1.5倍))。

在一些例子中，当设定为最低的增益设定(例如：3.52dB(1.5倍))时，所述功率放大器10具有最低噪声等级的特性，当所述功率放大器10的信号输出几乎等于零或接近于零时，所述功率放大器10的使用者对任何噪声会非常敏感。在这种情况中，当所述功率放大器10的信号输出几乎等于零或接近于零时，本实施例的设备能够控制所述功率放大器10以设定为最低增益设定状态来降低噪声。借此，平均噪声等级可利用上述方式来降低。

在一些实施例中，所述设备进一步可包括所述数字模拟转换器9，其用以根据所述数字声音信号的版本执行数字模拟转换以生成所述声音输入信号。

请参考图2，图2为显示使用于图1的示范性架构的声音信号处理的噪声抑制的设备实施例。如图2所示，用以声音信号处理的噪声抑制的设备包括功率放大器10A、零交越侦测器20A以及阈值侦测器30。在图2中，所述功率放大器10A以D类放大器为基础并包括误差放大器级110、比较器级120以及输出级130。

举例来说，所述误差放大器级110接收来自所述数字模拟转换器9的声音输入信号并输出信号V_op1及V_on1至所述比较器级120。所述误差放大器级110包括放大器、电阻R_i、R_z以及电容C₁、C₂。所述比较器级120包括多个比较器来将信号V_op1及V_on1与三角波进行比较并输出信号(例如脉冲宽度调制信号)至所述输出级130。所述输出级130为具有以G_PWM表示的增益的输出级电路，其生成可用以重现(例如以喇叭或头戴式耳机重现)的输出信号V_op及V_on。此外，所述输出信号V_op及V_on并通过电阻R_f反馈至误差放大器级110。在一些实施例中，所述功率放大器10A可以数字控制可变增益放大器来实现，且一个或多个组件(例如：R_i、R_f或其他组件)可以数字控制可变组件来实现以控制增益。当然，本申请的实现不限于所述功率放大器10A的示例。在一些实施例中，任何基于D类放大器的功率放大器且/或可提供所述功率放大器的输入信号端以及输出信号端之间的信号来进行零交越侦测的功率放大器可用于实现所述用以声音信号处理的噪声抑制的设备。

在一些实施例中，所述内部信号包括根据所述输入信号端的信号以及所述输出信号端的信号而变化的模拟信号。举例来说，来自所述误差放大器级110的信号，例如图2所示的V_op1及V_on1，可以用作所述模拟信号。在一些实施例中，如图3A所示，所述零交越侦测器20A可以包括比较器电路21来根据所述模拟信号以及参考信号(例如最大允许信号幅度(或数字化值)的0.01％、0.1％、1％、2％的范围)之间的比较来生成所述零交越侦测信号。

在一些实施例中，所述内部信号包括第一信号以及第二信号(例如图2所示的V_op1或V_on1)，所述第一信号以及所述第二信号根据输入信号端的信号以及所述输出信号端的信号来变化，所述第一信号以及所述第二信号为模拟差分信号。在一些实施例中，如图3B所示，所述零交越侦测器20A包括第一比较器电路21A以及第二比较器电路22A。所述第一比较器电路21A根据所述第一信号以及参考信号之间的比较生成第一比较结果信号。所述第二比较器电路22A根据所述第二信号与所述参考信号之间的比较来生成第二比较结果信号。所述零交越侦测器20根据所述第一比较结果信号以及所述第二比较结果信号生成所述零交越侦测信号，举例来说，以逻辑装置23的方式。

请参考图4，图4为显示使用于图1的示范性架构的声音信号处理的噪声抑制的设备的另一种实施例。如图4所示，声音信号处理的噪声抑制的设备包括功率放大器10A、零交越侦测器20B以及阈值侦测器30。

在一些实施例中，所述内部信号包括第一信号以及第二信号，所述第一信号以及所述第二信号根据所述输入信号端的信号以及所述输出信号端的信号来变化，且所述第一信号以及所述第二信号为脉冲宽度调制信号。举例来说，来自所述比较器级120的信号，例如图4所示的脉冲宽度调制信号PWM_P、PWM_N，可以用作所述第一信号以及所述第二信号。

在一些实施例中，如图5A所示，所述零交越侦测器20B包括第一比较器电路210、第二比较器电路220以及零交越确定电路230。

所述第一比较器电路210根据所述第一信号以及参考信号之间的比较来生成第一比较结果信号。所述第二比较器电路220根据所述第二信号以及所述参考信号之间的比较来生成第二比较结果信号。所述零交越确定电路230根据所述第一比较结果信号以及所述第二比较结果信号的比较来生成所述零交越侦测信号。

请参考图5A以及图5B，当所述第一信号以及所述第二信号(例如，脉冲宽度调制信号PWM_P、PWM_N)的其中一个表示高状态时，所述零交越确定电路230开始比较所述第一信号以及所述第二信号是否相等。举例来说，取样时钟信号可被用来取样或计数所述脉冲宽度调制信号PWM_P、PWM_N来进行比较或侦测，其中所述取样时钟信号具有取样频率(例如为25MHz)，所述取样频率大于所述脉冲宽度调制信号PWM_P、PWM_N的操作频率(例如384kHz)。

请参考图5A以及图5B，当所述第一信号以及所述第二信号为相等，且在所述第一信号以及所述第二信号转为低状态(例如转为所述低状态有两个或更多时钟周期)之后，具有用以表示所述高状态的相同区间(例如PWM区间)，所述零交越确定电路230生成所述零交越侦测信号来表示零交越状态；否则，所述零交越确定电路230生成所述零交越侦测信号以表示非零交越状态。

请参考图6，图6为显示阈值侦测的一种实施例示意图。所述阈值侦测器30可被配置为，当所述阈值侦测器30侦测到所述数字声音信号在第一参考范围(例如最大允许信号幅度(或数字化值)的0.01％、0.1％、1％、2％的范围))而变化，如图6所示的触发阈值(attack threshold)，且所述零交越侦测信号表示零交越状态时，所述阈值侦测器30将所述增益设定确定为第一增益参数，如上述参考图1的实施例所述；否则，所述阈值侦测器30将所述增益设定确定为第二增益参数。

举例来说，请参考图6，所述阈值侦测器30可以被配置为包括逻辑电路(例如图7所示的310)，以比较以及计数的方式来确定所述数字声音信号(Sda)是否在第一参考范围(例如触发阈值)内。如果所述数字声音信号(Sda)在第一参考范围(例如，所述数字声音信号(Sda)的信号幅度(或绝对值)等于或大于触发阈值)内，触发计数开始从零计数直到达到计数阈值(例如2047或其他适合数值)。如果达到所述计数阈值，则可生成触发信号，如图6所示，所述触发信号以脉冲来表示处于作用状态(asserted)。此外，如果所述数字声音信号(Sda)在所述第一参考范围之外并落在第二参考范围(例如，所述数字声音信号(Sda)的信号幅度(或绝对值)等于或大于释放阈值(release threshold))内，所述触发计数被复位为零。否则，如果所述数字声音信号(Sda)所述第一参考范围以及所述第二参考范围(例如，所述数字声音信号(Sda)的信号幅度(或绝对值)大于所述触发阈值或小于所述释放阈值)之间，所述触发计数保持不变。

在一些实施例中，所述阈值侦测器30可以被配置为包括控制电路(例如，图7的320)，以根据上述举例的触发信号以及所述零交越侦测信号来确定所述模拟增益控制信号(Sgc)。举例来说，所述模拟增益控制信号(Sgc)可以代表如表1中所示的数值B[2:0]，从而用以控制所述功率放大器10A操作于增益设定状态。

表1说明所述功率放大器10A所能支持的一些增益设定状态值的实施例，其中所述功率放大器10A的所述模拟增益根据电阻R_f以及R_i来确定。在一些实施例中，所述功率放大器10A可以由数字控制可变增益放大器来实现，其中所述模拟增益控制信号(Sgc)表示所述数值B[2:0]。在其他实施例中，所述功率放大器10A可以由模拟(例如，电压)控制可变增益放大器来实现，其中所述模拟增益控制信号表示增益设定所对应的电压信号。

表1

举例来说，为了最小化噪声等级，当所述阈值侦测器30侦测到所述数字声音信号在第一参考范围(例如最大允许信号幅度(或数字化值)的0.01％、0.1％、1％、2％的范围)(如小信号状态)内变动，且所述零交越侦测信号表示零交越状态时，所述阈值侦测器30将所述增益设定确定为第一增益参数(例如，B[2:0]＝111)。

在一些实施例中，当所述小信号状态及所述零交越状态的情况没有被满足，所述阈值侦测器30可以被配置为可选地将所述增益设定确定为其他增益参数(例如，回到之前的或所述第一增益参数以外的另一增益参数)。

如上，本申请提供一种用于声音信号处理的噪声抑制的设备的多种实施例。所述设备可用于控制模拟增益，因此当较低信号输出(例如：接近零输出或小信号输出)等情况出现时，噪声等级可以被降低。因为在包含零交越状态以及小信号状态的至少两个情况被侦测到时所述设备控制所述功率放大器，因此模拟增益控制可以更准确且及时的被执行。因此，所述功率放大器的输出的平均噪声等级可以被降低。

尽管本申请所公开内容已借助特定具体实施例进行说明，但本领域普通技术人员可能对其做出众多修饰例和变化例，而不背离权利要求书所阐述的本申请所公开内容的范围与精神。

Claims (12)

1.一种用于声音信号处理的噪声抑制的设备，其特征在于，包括：

功率放大器，具有输入信号端以及输出信号端，其中所述输入信号端用以接收声音输入信号，且所述声音输入信号为根据数字声音信号版本的数字转模拟转换版本，所述功率放大器具有响应于模拟增益控制信号而为可控的模拟增益；

零交越侦测器，用以根据所述输入信号端以及所述输出信号端之间所提供的内部信号确定零交越侦测信号；以及

阈值侦测器，用以根据所述数字声音信号以及所述零交越侦测信号确定增益设定以生成所述模拟增益控制信号来表示所述增益设定，

其中所述阈值侦测器根据所述模拟增益控制信号控制所述功率放大器的所述模拟增益。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，当所述阈值侦测器侦测到所述数字声音信号于第一参考范围内变化且所述零交越侦测信号表示零交越状态时，所述阈值侦测器将所述增益设定确定为第一增益参数；否则，所述阈值侦测器将所述增益设定确定为第二增益参数。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述功率放大器具有多个增益设定状态，且所述功率放大器根据所述模拟增益控制信号中所表示的所述增益设定被设定为所述多个增益设定状态中的一个，其中所述第一增益参数表示所述多个增益设定状态中的一个从而使所述功率放大器具有较低增益。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述内部信号包括模拟信号，所述模拟信号根据所述输入信号端的信号以及所述输出信号端的信号来变化。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述零交越侦测器包括比较器电路，所述比较器电路根据所述模拟信号以及参考信号之间的比较来生成所述零交越侦测信号。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述内部信号包括第一信号以及第二信号，所述第一信号以及所述第二信号根据所述输入信号端的信号以及所述输出信号端的信号来变化，且所述第一信号以及所述第二信号为模拟差分信号。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述零交越侦测器包括：

第一比较器电路，根据所述第一信号与参考信号之间的比较生成第一比较结果信号；以及

第二比较器电路，根据所述第二信号与所述参考信号之间的比较生成第二比较结果信号，

其中所述零交越侦测器根据所述第一比较结果信号以及所述第二比较结果信号生成所述零交越侦测信号。

8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述内部信号包括第一信号以及第二信号，所述第一信号以及所述第二信号根据所述输入信号端的信号以及所述输出信号端的信号来变化，且所述第一信号以及所述第二信号为脉冲宽度调制信号。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述零交越侦测器包括：

第一比较器电路，根据所述第一信号与参考信号之间的比较来生成第一比较结果信号；

第二比较器电路，根据所述第二信号以及所述参考信号之间的比较来生成第二比较结果信号；以及

零交越确定电路，根据所述第一比较结果信号与所述第二比较结果信号之间的比较生成所述零交越侦测信号，

其中，当所述第一信号以及所述第二信号的其中一个表示高状态，所述零交越确定电路开始比较所述第一信号以及所述第二信号是否相等；

其中，当所述第一信号以及所述第二信号为相等且在所述第一信号以及所述第二信号转为低状态后具有用以表示所述高状态的相同区间，所述零交越确定电路生成所述零交越侦测信号以表示零交越状态；否则，所述零交越确定电路生成所述零交越侦测信号以表示非零交越状态。

10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述功率放大器为D类放大器。

11.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括数字模拟转换器，所述数字模拟转换器用以根据所述数字声音信号的版本执行数字模拟转换以生成所述声音输入信号。

12.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备为数字输入音频放大器或音频重现装置。