[发明专利]基于三态编码的通道状态选取方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种数字扬声器编码方法和装置，特别涉及一种基于三态编码的通道状态选取方法和装置。

背景技术

随着超大规模集成电路制造技术的迅速发展，电声产业的主导产品——扬声器系统的设计与制造逐渐向低功耗、微型化、便携式的方向发展。近些年来，随数字化浪潮带动下产生的半数字化扬声器系统，因其采用脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation——PWM)D类功放驱动技术，成功解决了功耗和发热问题，大幅度提升了整个系统的电声转换效率。但是，半数字化扬声器系统的后级仍然需要依靠体积庞大的LC低通模拟滤波器，以滤除数字脉冲调制信号的带外高频分量，将被调制的低频包络信号解调出来，从而完成数模转换过程。为了消除模拟LC滤波器的限制，突破扬声器单元的数字化瓶颈，提高扬声器系统的集成化水平，实现扬声器系统所有信号处理与传输环节的全部数字化，需要将扬声器单元纳入到数字编码环节中，真正实现扬声器单元的数字化编码，形成数字化扬声器系统，从而最终由扬声器单元及人耳自身结构的低通滤波特性，完成数字编码量到模拟振动量的转换，将数模转换环节移至电声转换的物理阶段予以实现，从而消除了传统系统中所包含的数模转换器件，避免了数模转换器所引入的各种电噪声。围绕着扬声器单元的数字化这一核心问题，近年来国内外多家研究机构的学者们已经开展了关于数字化编码调制、数字化功率驱动和数字化扬声器单元制作技术的较为广泛而深入的理论和实践研究，从而形成了以数字化扬声器系统设计为研究方向的全新研究领域。

为了克服PWM编码引入的失真，保证数字扬声器的高保真重放效果，许多专家学者和工程师们开始研发基于1比特Δ-∑编码的数字化扬声器系统，期望通过Δ-∑调制所使用的过采样和噪声整形技术，将系统量化噪声功率推挤到带外高频区域，提升数字化系统的音质水平。这些基于1比特Δ-∑编码的数字扬声器系统，仅需要一个简单的低通滤波器即可完成数模转换，硬件实现简单；同时系统通过过采样和噪声整形技术能将期望音频带内噪声转移到高频区域，保证了高保真的还原音质。基于1比特Δ-∑调制的数字化系统，在具有上述诸多优点的同时本身也存在着以下几个缺陷：①对时钟抖动较为敏感，容易因时钟抖动引入非线性失真；②为了保持调制结构的稳定性，允许的输入信号动态范围较小；③需要较高的开关速率，而功率型MOSFET管在驱动扬声器负载进行高速开关切换的过程中会产生较多的非线性失真成份，同时也会引起MOSFET管发热增加、温度升高和效率降低。

为了解决1比特Δ-∑编码的数字化系统所存在的缺陷，许多学者又转向研究基于多比特Δ-∑编码的数字化系统。多比特Δ-∑调制技术在克服上述1比特Δ-∑调制缺点的同时，自身也存在着一个较为致命的缺陷——其调制结构对多个扬声器单元(或者音圈单元)频响之间的不一致性以及多个扬声器单元的空间位置分离程度具有较高的敏感度，容易因多个单元频响的不一致性或者空间位置的分离性而引入较大的编码误差。

为了克服多比特Δ-∑调制技术所具有的偏差敏感性缺陷，自1997年开始，日本法政大学的安田彰教授和Trigence Semiconductor的冈村淳一工程师一直合作研发基于多比特Δ-∑编码的数字化系统，他们提出了基于动态失配整形的系统偏差(频响和空间位置偏差)校正方法，并将系统所用的Δ-∑调制和动态失配技术合并称为“Dnote”技术；他们将“Dnote”技术的实现电路封装成IC芯片——“Dnote”芯片，利用“Dnote”样片制作了多款数字化扬声器系统样机——8元压电式线阵扬声器系统、7元压电式环形阵列系统和6音圈扬声器系统，并于2008年的数字音响视听会展出，这些系统无需功率放大器、LC滤波器，能够以1.5V的低电压驱动，并具有方向控制能力。