CN214960098U - Pdm音频信号转换到pcm音频信号的数字电路结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数字信号处理技术领域，尤其涉及一种PDM音频信号转换到PCM音频信号的数字电路结构，包括次级联的辛格函数滤波器、补偿滤波器、高通滤波器、可编程增益放大器、低通滤波器；所述辛格函数滤波器包括依次级联的第一积分器、第二积分器、第三积分器、第一降采样装置、第一差分器、第二差分器和第三差分器；本发明能够将1比特的PDM信号转换为24比特的高信噪比的PCM信号并且很好的抑制带外的噪声，并实现此功能所用的滤波器结构在实现上均较为简单，为之后的实际工程实现成为可能。

Description

PDM音频信号转换到PCM音频信号的数字电路结构

技术领域

本发明涉及数字信号处理技术领域，尤其涉及一种数字音频脉冲密度调制(PulseDensity Modulation，PDM)信号转换到脉冲编码调制(Pulse Code Modulation，PCM)信号的数字电路结构。

背景技术

随着信息技术的日益发展，各类电子系统中数字电路所占比重越来越大，客户对声音讯号的输入质量及抗外界各种干扰的能力都提出了更高的要求。这些要求靠传统模拟麦克风本身声学特性的改进已经难以奏效。数字麦克风相较于模拟麦克风而言具有抗干扰能力强，无需像传统麦克风那样内置高频滤波电容、滤波器电路。数字麦克风由于其中的音频信号是以数字信号作为传输的形式，不会受到那些来自电脑、网络、射频磁场信号源的干扰、影响，因此在接入的时候，无需采用屏蔽线，可以有效地利用相关产品的有限空间。由于数字麦克风的诸多优点，被广泛的应用于音频采集领域。数字PDM麦克风作为数字麦克风的一种在数字麦克风优点的基础上由于其特定的调制方式具有低噪声且成分低的优点被大量的采用。

由于现代大多数的数字音频系统使用多比特PCM以表征信号。PCM有利于简化处理，使得信号处理的操作可以在音频流上完成，例如混合，滤波和均衡。

发明内容

为了实现高信噪比的PCM格式输出，以供后续音频的相关处理，本发明提供一种PDM音频信号转换到PCM音频信号的数字电路结构，包括包括依次级联的辛格函数滤波器、补偿滤波器、高通滤波器、可编程增益放大器、低通滤波器。

进一步的，所述辛格函数滤波器包括依次级联的第一积分器、第二积分器、第三积分器、第一降采样装置、第一差分器、第二差分器和第三差分器。

进一步的，所述低通滤波器包括第二降采样装置、第三降采样装置、第一FIR滤波器、第二FIR滤波器以及第一加法器，输入低通滤波器的信号分为两路，其中一路经过级联的第二降采样装置和第一FIR滤波器后通过第一加法器与另一路经过级联的第三降采样装置和第二FIR滤波器相加，作为低通滤波器的输出。

本发明通过将输入1比特位宽的PDM音频信号输入到sinc滤波器中，实现对高采样率的PDM信号进行降采样并转换为24比特的PCM信号，同时带来的效果是初步的将带外高频信号进行衰减滤除。此24比特PCM音频数据被送到comp_filter补偿滤波器中用于将经过sinc滤波器造成带内音频数据的衰减进行补偿；再将经过补偿的24比特PCM音频数据送到高通滤波器中将其中的直流分量滤除；将滤除直流分量的24比特音频数据送到pga可编程增益放大器中进行增益的调节；最后将经过增益调节的24比特音频数据送到低频滤波器中去除其中的高频噪声；经过这一系列的处理之后就能够将1比特的PDM信号转换为24比特的高信噪比的PCM信号并且很好的抑制带外的噪声；实现此功能所用的滤波器结构在实现上均较为简单，为之后的实际工程实现成为可能。

附图说明

图1是本发明数字电路的结构图示意图；

图2是本发明数字电路所涉及到的sinc滤波器结构图示意图；

图3是本发明数字电路所涉及到的lpf滤波器结构图示意图；

其中，11、第一积分器；12、第二积分器；13、第三积分器；14、第一降采样装置；15、第一差分器；16、第二差分器；17、第三差分器；18、第二降采样装置；19、第三降采样装置；20、第一FIR滤波器；21、第二FIR滤波器；22、第一加法器。

具体实施方式

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。

本发明提供一种PDM音频信号转换到PCM音频信号的数字电路结构，包括依次级联的辛格函数滤波器、补偿滤波器、高通滤波器、可编程增益放大器、低通滤波器。

实施例1

如图1所示，在本发明提供的PDM音频信号转换到PCM音频信号的数字电路结构中，辛格函数滤波器(sinc滤波器)，与外部PDM麦克风输出的单比特PDM信号相连，该滤波器用于对高采样率的PDM信号进行降采样转换为24比特的PCM信号，同时带来的效果是初步的将带外高频信号进行衰减滤除；

与上一级的sinc滤波器输出相连的补偿(compensate filter，简称comp_fliter)滤波器，用于将经过sinc滤波器造成带内音频数据的衰减进行增益的补偿；

与上一级的comp_filter滤波器输出相连的高通滤波器(high pass filter，简称hpf滤波器)，用于将24比特PCM音频信号的直流分量滤除；

与上一级的hpf滤波器输出相连的可编程增益放大器(programmable gainamplifier，简称pga)，用于调节24比特PCM音频信号的增益大小；

与上一级的pga可编程增益放大器输出相连的低通滤波器(low pass filter，lpf滤波器)，用于抑制带外的噪声去除高频噪声。

进一步的，sinc滤波器的实施例如图2所示，包括：

第一积分器11，其输入端与外部PDM音频信号相连；

第二积分器12，其输入端与第一积分器11相连；

第三积分器13，其输入端与第二积分器12相连；

第一降采样14，其输入端与第三积分器13相连；

第一差分器15，其输入端与第一降采样14相连；

第二差分器16，其输入端与第一差分器15相连；

第三差分器17，其输入端与第二差分器16相连；该差分器的输出端与所述的comp_filter补偿滤波器的输入端相连。

在本实施例中，lpf滤波器实施例如图3所示，包括：

第二降采样18，其输入端与pga可编程增益放大器的输出端相连；

第三降采样19，其输入端与pga可编程增益放大器的输出端相连；

第一滤波器有限长单位冲激响应(Finite Impulse Response，FIR)滤波器20，其输入端与第二降采样18的输出端相连；

第二FIR滤波器21，其输入端与第三降采样19的输出端相连；

第一加法器22，其输入端之一与第一FIR滤波器20的输出端相连，另一个输入端与第二滤波器21的输出端相连，其输出作为本发明的电路结构输出用于后续的音频处理。

经过此实施例的处理转换得到的PCM音频信号具有高信噪比，较低的带外噪声等优点。

以上所举实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所举实施例仅为本发明的优选实施方式而已，并不用以限制发明，凡在本发明的精神和原则之内对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.PDM音频信号转换到PCM音频信号的数字电路结构，其特征在于，包括依次级联的辛格函数滤波器、补偿滤波器、高通滤波器、可编程增益放大器、低通滤波器；所述辛格函数滤波器包括依次级联的第一积分器、第二积分器、第三积分器、第一降采样装置、第一差分器、第二差分器和第三差分器。

2.根据权利要求1所述的PDM音频信号转换到PCM音频信号的数字电路结构，其特征在于，所述低通滤波器包括第二降采样装置、第三降采样装置、第一FIR滤波器、第二FIR滤波器以及第一加法器，输入低通滤波器的信号分为两路，其中一路经过级联的第二降采样装置和第一FIR滤波器后通过第一加法器与另一路经过级联的第三降采样装置和第二FIR滤波器相加，作为低通滤波器的输出。

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