[发明专利]一种无损的DSD信号数字升频算法

说明书

本发明公开了一种无损的直接比特流数字(direct stream digital,DSD)音频信号的数字升频算法。整个数字升频系统包括FIR数字低通滤波模块，数字内插模块和Sigma‑Delta调制模块。输入的单比特DSD信号先经过数字低通滤波模块转换为多比特DSD信号，然后通过数字内插模块完成DSD信号的升频，最后经过Sigma‑Delta调制模块后，将多比特DSD信号重新恢复为单比特DSD信号。本发明可以无损的完成DSD信号的数字升频，从而有效降低其近端(20kHz~60kHz)噪声，并且整个算法简洁有效，实现所需的硬件成本较低，可以广泛应用于音频信号处理行业中。

技术领域

本发明涉及音频信号处理领域、尤其是DSD音频信号的处理。

背景技术

脉冲编码调制技术(pulse code modulation,PCM)是目前最为常见的一种音频编码格式，但是PCM这种编码方式存在有巨大的瓶颈，即量化噪声是平均分布在全部频段上的，就算继续提高采样频率也很难减少其基带内的量化噪声。因此为了改善这种音频编码格式，获得更高的音频质量，索尼和飞利浦公司与1996年共同提出了全新的音频编码格式，即直接比特流数字(Direct Stream Digital,DSD)格式,所谓DSD音频信号是将模拟音频信号经过过采样(2.8224MHz)和Sigma-Delta调制形成的单比特(0/1)信号，从其频谱上可以看出，当信号频率大于20kHz时，其噪声已经开始逐渐增大。对于人耳而言，无法听见频率大于20kHz的声音，后端模拟电路的设计可以相对简单点。但是对于后端模拟电路而言，20kHz以上的噪声如果过大容易造成放大器的自激或饱和。目前现有的DSD信号由于采样率较低，近端噪声较大，采用现有的芯片AKM4490对DSD信号进行直解，效果并不理想。因此需要对DSD信号升频，从而降低其近端噪声。

目前现有的解决方案如图1所示。输入的单比特DSD信号，先通过数字抽取模块，将信号的采样频率从2.8224MHz降低至44.1kHz，并将其转换为PCM信号。再经过数字内插模块将采样频率提高到5.6448MHz，最后经过Sigma-Delta调制模块后，将多比特DSD信号重新转换为单比特DSD信号。该结构存在两个个重要的缺点，第一由于采用了64倍的抽取和128倍的内插，将会导致信号基带内混入噪声，从而降低信号在基带内(0～20kHz)的精度。第二整个处理过程过于复杂且硬件资源消耗较多。

发明内容

为了解决DSD信号的近端噪声过大导致的后端模拟电路的放大器的自激或饱和的问题，以及简化现有的DSD信号的数字升频算法，发明了一种无损的DSD信号的数字升频算法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种无损的DSD信号数字升频算法，包含以下步骤：

步骤1：将单比特DSD信号转换为多比特DSD信号，并对其进行低通滤波；

步骤2：将滤波后的多比特DSD信号进行数字内插升频；

步骤3：将升频后的多比特DSD信号通过Sigma-Delta调制，重新恢复为单比特DSD信号。

步骤1具体为：采用FIR数字低通滤波模块将输入的单比特DSD信号转换为多比特DSD信号，并滤除部分带外(信号频率大于20kHz)噪声。

步骤2具体为：数字内插主要包含了数字插零和数字滤波。数字插零实现了每两个数字信号插入一个零，并通过数字滤波器将频率大于π/2的镜像成分滤除，从而实现了两倍的数字升频。并且通过多次的数字内插实现四倍甚至八倍的数字升频。