[发明专利]数字麦克风的采样转换及滤波实现系统、方法

说明书

本发明提供一种数字麦克风的采样转换及滤波实现系统、方法，所述系统包括数字信号处理级；数字信号处理级包括至少两个处理模块；至少两个处理模块采用级联方式连接，且在至少两个处理模块中，存在至少一用于实现分数倍降采样转换的处理模块作为第一处理模块；第一处理模块包括第一积分‑梳状级联滤波器和第二积分‑梳状级联滤波器；本发明引入了分数倍的采样率变换，使得数字麦克风接口时钟速率为一整数频率，只需直接对系统时钟进行整数倍分频即可得到，而无需再依赖外接晶振或模拟锁相环；通过将较大倍数的下采样及滤波拆分成多个较小倍数的下采样及滤波，逐级级联，从而极大减少了面积和功耗开销。

技术领域

本发明属于数字信号处理领域，特别是涉及一种数字麦克风的采样转换及滤波实现系统、方法。

背景技术

数字麦克风(digital microphone，DMIC)的优点是抗干扰能力强，使其不受RF(射频)和EM(电磁)的干扰，因此被广泛应用于各种无线通讯系统中。

DMIC接口简单，典型DMIC只需DATA和CLK两根信号线，DMIC接收来自CLK的时钟信号，并以该时钟速率返回1bit的立体声脉冲密度调制(Pulse Density Modulation，PDM)数据，左右声道通过CLK沿区分，该PDM数据特点是高采样率低分辨率，数字麦克风接口的作用是对此PDM信号进行滤波，去除其高频噪声，并进行抽取，恢复出系统需要的特定采样率的脉冲编码调制(Pulse Codec Modulation，PCM)数据。

传统数字麦克风接口下采样倍数一般设计为64、128等便于数字信号处理实现的倍数，对于需要恢复出48KHz PCM数据的系统而言，麦克风接口处需要64*48K＝3.072MHz的时钟信号；如大卫·罗萨穆(于2014年5月28日提交的、标题为“新型高效数字麦克风抽取滤波器架构”的中国专利No.201280047016.7中)提出的数字麦克风抽取滤波器架构，其输出给DMIC的时钟速率为3.072MHz，经过该系统64倍降采样后得到48KHz音频信号，该3.072MHz时钟需要通过24.576M晶振分频产生或通过模拟锁相环处理后得到，成本高昂。

在低成本方案中，芯片厂商常用的做法是采用近似时钟代替目标时钟；如NORDIC的一款商用BLE芯片nRF52832，其产品手册中对数字麦克风接口的设计和相关参数进行了描述：其DMIC接口采样率转换倍数为64，音频输出采样率为16KHz，因此输出给DMIC的时钟理论值为1.024MHz，为了低成本的实现，其采用的方案是对系统中已有的32M时钟进行32、31、30整数倍分频，得到相应的1M、1.032M、1.067M三种速率的时钟，通过软件配置选择其一代替1.024MHz时钟；虽然这种近似对音频输出采样率带来的误差不足以很大程度地影响听感，但对于语音实时通信等应用场景来说，采样率偏低或偏高均无法满足实时传输要求；因此NORDIC该款芯片需要通过软件配置对时钟进行实时调整，使其忽快忽慢，从而使得在一段时间内的平均采样率等于16KHz；另一方面还需要缓存器对数据进行同步，这不仅带来了额外的硬件开销，也提高了芯片设计的复杂度。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种数字麦克风的采样转换及滤波实现系统、方法，用于解决PDM接口的时钟产生问题及采用近似时钟替代方案带来的实时问题和输出采样率误差问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种数字麦克风的采样转换及滤波实现系统，包括数字信号处理级；所述数字信号处理级包括至少两个处理模块；至少两个所述处理模块采用级联方式连接，用于实现滤波处理及降采样转换，且在至少两个所述处理模块中，存在至少一用于实现分数倍降采样转换的处理模块作为第一处理模块；所述第一处理模块包括第一积分-梳状级联滤波器和第二积分-梳状级联滤波器；所述第一积分-梳状级联滤波器与所述第二积分-梳状级联滤波器的长度比值为对应所述第一处理模块实现分数倍降采样转换的分数倍降采样因子。