CN109801641A - 音频速率变换***及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种音频速率变换***及电子设备，该音频速率变换***包括积分‑梳状滤波器、多速率滤波器及第一半带滤波器，积分‑梳状滤波器的输入端接入数字音频数据，积分‑梳状滤波器的输出端与多速率滤波器及第一半带滤波器依次连接；其中，积分‑梳状滤波器，用于根据预设抽取率降低数字音频数据的速率；多速率滤波器，用于根据接入的控制信号将积分‑梳状滤波器输出的数字音频数据的速率转换成与控制信号对应的数字音频数据速率；第一半带滤波器，用于降低多数率滤波器输出的数字音频数据的速率。本发明提高了音频速率变换***的通用性及避免了采用相环带来jitter(抖动)等方面的性能损失的问题。

Description

音频速率变换***及电子设备
技术领域
本发明涉及集成电子电路技术领域，特别涉及一种音频速率变换***及电子设备。
背景技术
目前，为了实现多种速率的音频数据转换，一般需要更换不同的晶振来实现不同的音频速率。例如使用24.576M晶振来得到12k/24k/48k/96k/192k；使用11.2896MHz晶振来得到11.025k/22.05k/44.1k/88.2k/176.4k。或者，在使用固定的晶振时，通过增加一个或者多个锁相环来实现不同的音频速率，然而锁相环会带来jitter(抖动)等方面的性能损失。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种音频速率变换***及电子设备，旨在提高音频速率变换***的通用性及避免采用相环带来jitter(抖动)等方面的性能损失的问题。
为实现上述目的，本发明提出一种音频速率变换***，所述音频速率变换***包括积分-梳状滤波器、多速率滤波器及第一半带滤波器，所述积分-梳状滤波器的输入端接入数字音频数据，所述积分-梳状滤波器的输出端与所述多速率滤波器及第一半带滤波器依次连接；其中，
所述积分-梳状滤波器，用于根据预设抽取率降低所述数字音频数据的速率；
所述多速率滤波器，用于根据接入的控制信号将所述积分-梳状滤波器输出的数字音频数据的速率转换成与所述控制信号对应的数字音频数据速率；
所述第一半带滤波器，用于降低所述多数率滤波器输出的数字音频数据的速率。
可选地，所述积分-梳状滤波器的预设抽取率为8/16/32/64/128/256，所述积分-梳状滤波器对应所述预设抽取率，将时钟频率为12MHz的数字音频数据依次降低为46875/93750/187500/375000/750000/1500000Hz；
或者，将时钟频率为8M的数字音频数据依次降低为31250/62500/125000/250000/500000/1000000Hz。
可选地，所述多速率滤波器包括支持12k/24k/48k/96k/192kHz速率转换的第一多速率滤波器、支持8k/16k/32k/64k/128kHz速率转换的第二多速率滤波器及支持11.025k/22.05k/44.1k/88.2k/176.4kHz速率转换的第三多速率滤波器，所述第一多速率滤波器、所述第二多速率滤波器及所述第三多速率滤波器的输入端分别与所述积分-梳状滤波器连接，所述第一多速率滤波器、所述第二多速率滤波器及第三多速率滤波器的输出端分别与所述第一半带滤波器连接。
可选地，所述第一多速率滤波器将所述积分-梳状滤波器输出的速率为46875/93750/187500/375000/750000/1500000Hz的数字音频数据依次进行升8倍、降5倍、升8倍、降5倍、升2倍、降5倍处理后得到速率为12k/24k/48k/96k/192kHz的音频数据。
可选地，所述第二多速率滤波器将所述积分-梳状滤波器输出的速率为31250/62500/125000/250000/500000/1000000Hz的数字音频数据依次进行升8倍、降5倍、升8倍、降5倍、升2倍、降5倍处理后得到速率为8k/16k/32k/64k/128kHz的音频数据。
可选地，所述第三多速率滤波器将所述积分-梳状滤波器输出的速率46875/93750/187500/375000/750000/1500000Hz的数字音频数据依次进行升16倍、降17倍处理后得到速率为11.025k/22.05k/44.1k/88.2k/176.4kHz的音频数据。
可选地，所述第一半带滤波器的数量为两个，两个所述第一半带滤波器依次与所述多速率滤波器的输出端连接。
可选地，所述音频速率变换***还包括第二半带滤波器，所述第二半带滤波器串联设置于所述积分-梳状滤波器与所述多速率滤波器之间。
可选地，所述音频速率变换***还包括模数转换器，所述模数转换器的输出端与所述积分-梳状滤波器的输入端连接，所述模数转换器用于将接收的模拟音频数据转换为所述数字音频数据后输出至所述积分-梳状滤波器。
本发明还提出一种电子设备，包括如上所述的音频速率变换***；所述音频速率变换***包括积分-梳状滤波器、多速率滤波器及第一半带滤波器，所述积分-梳状滤波器的输入端接入数字音频数据，所述积分-梳状滤波器的输出端与所述多速率滤波器及第一半带滤波器依次连接；其中，所述积分-梳状滤波器，用于根据预设抽取率降低所述数字音频数据的速率；所述多速率滤波器，用于根据接入的控制信号将所述积分-梳状滤波器输出的数字音频数据的速率转换成与所述控制信号对应的数字音频数据速率；所述第一半带滤波器，用于降低所述多数率滤波器输出的数字音频数据的速率。
本发明音频速率变换***通过设置积分-梳状滤波器，以根据预设抽取率降低所述数字音频数据的速率后输出至多速率滤波器，多速率滤波器根据接入的控制信号将所述积分-梳状滤波器输出的数字音频数据的速率转换成与控制信号对应的数字音频数据速率并输出至第一半带滤波器，从而使得第一半带滤波器将使得多数率滤波器输出的数字音频数据的速率。本发明积分-梳状滤波器主要由积分器、加法器、寄存器组成，无需乘法器，且无系数存储器，因此其所占逻辑资源较少；多速率滤波器中的半带滤波器和多相滤波器可以实现各种速率下的音频需求，本发明无需更换晶振即可实现音频数据的多种速率转换。本发明还可以根据需求，采用不同的滤波器阶数，从而确保无论在音频的低频段还是高频段均具有很好的速率转换性能，本发明无需使用锁相环，可以避免由于锁相环对于晶振带来jitter(抖动)等方面的性能损失，以及提高音频速率变换***的通用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明音频速率变换***一实施例的功能模块示意图；
图2为本发明多速率滤波器中的半带滤波器一实施例的电路结构示意图；
图3为本发明多速率滤波器中的第一多相滤波器实现模型示意图；
图4为本发明多速率滤波器中的半带滤波器另一实施例的电路结构示意图；
图5为本发明多速率滤波器中的第二多相滤波器实现模型示意图；
图6为本发明多速率滤波器中第一多速率滤波器速率转换的流程示意图；
图7为本发明多速率滤波器中第三多速率滤波器速率转换的流程示意图；
图8为积分-梳状滤波器的频响曲线图；
图9为半带滤波器的频响曲线图。
附图标号说明：
标号 名称 标号 名称
10 积分-梳状滤波器 40 第二半带滤波器
20 多速率滤波器 50 模数转换器
30 第一半带滤波器
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
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的一部分实施例，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作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。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种音频速率变换***。
本发明音频速率变换***可以将不同音频数据的速率转换为12k/24k/48k/96k/192k，8k/16k/32k/64k/128kHz或者11.025k/22.05k/44.1k/88.2k/176.4kHz等速率的数据。目前，为了实现上述速率的音频数据转换，一般需要通过更换不同的晶振来实现不同的音频速率。例如使用24.576M晶振来得到12k/24k/48k/96k/192kHz；使用11.2896MHz晶振来得到11.025k/22.05k/44.1k/88.2k/176.4kHz。或者，在使用固定的晶振时，通过增加一个或者多个锁相环来实现不同的音频速率。例如有些厂家使用24M晶振再配合锁相环/24k/48k/96k/192k或者1.025k/22.05k/44.1k/88.2k/176.4kHz。除了时钟方面，通常也有使用farrow滤波器或者sinc(辛格)函数滤波器来的速率转换变换。但是这些滤波器会除去给定带宽之上的信号分量而只保留低频信号，因此在性能方面会带来较多损失，尤其是音频数据的高频段。
为了解决上述问题，参照图1，在本发明一实施例中，该音频速率变换***包括积分-梳状滤波器10、多速率滤波器20及第一半带滤波器30，所述积分-梳状滤波器10的输入端接入数字音频数据，所述积分-梳状滤波器10的输出端与所述多速率滤波器20及第一半带滤波器30依次连接；其中，
所述积分-梳状滤波器10，用于根据预设抽取率降低所述数字音频数据的速率；
所述多速率滤波器20，用于根据接入的控制信号将所述积分-梳状滤波器10输出的数字音频数据的速率转换成与所述控制信号对应的数字音频数据速率；
所述第一半带滤波器30，用于降低所述多数率滤波器输出的数字音频数据的速率。
本实施例中，积分-梳状滤波器10、多速率滤波器20及第一半带滤波器30均集成于集成芯片中。音频速率变换***还可以集成有模数转换器50，所述模数转换器50的输出端与所述积分-梳状滤波器10的输入端连接，所述模数转换器50用于将接收的模拟音频数据转换为数字音频数据后输出至所述积分-梳状滤波器10。当然在其他实施例中，模数转换器50也可以独立于音频速率变换***之外，通过接口与音频速率变换***连接。
在另一实施例中，音频速率变换还可以集成有PDM接口，也即积分-梳状滤波器10的输入端可以接入PDM接口输出的数字音频数据，从而实现速率变换。或者，PDM接口也可以独立于音频速率变换***之外，通过接口与音频速率变换***连接。
积分-梳状滤波器10可以由积分器(integrator)和梳状(Comb)滤波器级联而成，积分器和梳状滤波器的数量可以是多个，多个积分器可以采用多级级联的方式来实现，同理，多个梳状滤波器同样也可以采用多级级联的方式来实现，在积分器组由若干积分器级联而成时，与梳状滤波器组的级数相同。根据其积分器和梳状器位置的不同，可分别实现抽取(Decimation)和***(Interpolation)功能。本实施例可选采用抽取型积分-梳状滤波器10来实现，抽取型积分-梳状滤波器10是积分器在前，后面是梳状器，实现下变频处理。通过积分-梳状滤波器10将接入的数字音频数据进行降采样处理，也即根据不同的抽取率来降低数据的速率(主要利用Nyquist采样定理，保证不混叠)，积分-梳状滤波器10可以在完成采样率降低的同时，用滤波器防止频谱混叠的发生，具体可以根据抗混叠的指标确定积分-梳状滤波器10所需级联数目，以降低混叠噪声，同时通过积分-梳状滤波器10还可以使ENOB(有效位数)增加。
在其他实施例中，在积分-梳状滤波器10的后级还可以设置一个第二半带滤波器40以进一步降低对接入的数据的速率，以及对高频噪声进行抑制。例如一个采样速率为12M的数据，积分-梳状滤波器10降速率到125000，然后再通过半带滤波器降速率到62500。可以理解的是，积分-梳状滤波器10在抽取完后，数据速率进入第一个子瓣，后边跟随的HBF半带滤波器越多，则抗混叠性能越好。如图9所示，图9为积分-梳状滤波器10的频响曲线图，在宽矩形A里面的噪声可以混叠到窄矩形B里面(在其他子瓣也有类似的宽矩形，未画出)。当然HBF越多，也会导致积分-梳状滤波器10的抽取率下降，导致ENOB增加不大，因此，模数转换器50的过采样率不高时，第二半带滤波器40可以被旁路。
本实施例中，多速率滤波器20集成有多个滤波器组，以实现根据接入的控制信号将积分-梳状滤波器10输出的数字音频数据转换为12k/24k/48k/96k/192kHz，8k/16k/32k/64k/128kHz或者11.025k/22.05k/44.1k/88.2k/176.4kHz中的一种或者多种组合。该控制信号可以是速率模式选择信号，也即在接收到外部输入的速率模式选择信号时，在寄存器组中，选择对应的滤波器速率配置值，寄存器组预存有分别与各个速率模式选择信号对应的滤波器速率配置值；根据滤波器速率配置值对当前速率模式选择信号下接收到的音频数据的速率转换转换。该控制信号可以是外部MCU输入至音频速率变换******的选择信号，也可以是用户通过上位机编程配置后输出的选择信号，用户可以根据自己的需求进行选择，从而实现将采样的数字音频数据转换成12k/24k/48k/96k/192kHz，8k/16k/32k/64k/128kHz或者11.025k/22.05k/44.1k/88.2k/176.4kHz中的一组音频数据的速率后输出。多速率滤波器20可以采用插值型半带滤波器及多相滤波器22来实现，插值型半带滤波器及多相滤波器22的数量及连接关系则可以根据对应的音频数据速率转换需求进行设定。***可以使用48M晶振来提供时钟信号。
第一半带滤波器30可以降低配合积分-梳状滤波器10增强抗混叠效果，同时还可以用于降低多速率滤波器20的阶数，进而降低资源消耗。本发明可以应用在模拟模数转换器50，(Analog Digital Converter，ADC用于进行模拟数字数据之间的转换)过采样后，进行降速率和变换速率。ADC数据输出后，经过积分-梳状滤波器10降速率后，可以先经过半带滤波器HBF0进行一倍速率的降速率，再经过多速率滤波器(multi-rate filter)20后，变换成音频速率的4倍，然后经第一半带滤波器30将多速率滤波器20输出的4倍音频速率降为2倍或者1倍音频速率。参照图9，图9为半带滤波器的频响曲线图，本实施例中，第一半带滤波器30和第二半带滤波器40均为抽取型半带滤波器，并实现2倍抽取。半带滤波器为特殊的低通FIR数字滤波器，该滤波器由于通带和阻带相对于二分之一奈奎斯特频率对称。
本发明通过设置积分-梳状滤波器10，以根据预设抽取率降低所述数字音频数据的速率后输出至多速率滤波器20，多速率滤波器20根据接入的控制信号将所述积分-梳状滤波器10输出的数字音频数据的速率转换成与控制信号对应的数字音频数据速率并输出至第一半带滤波器30，第一半带滤波器30将使得多数率滤波器输出的数字音频数据的速率。本发明积分-梳状滤波器10主要由积分器、加法器、寄存器组成，无需乘法器，且无系数存储器，因此其所占逻辑资源较少；多速率滤波器20中的半带滤波器和多相滤波器22可以实现各种速率下的音频需求，本发明无需更换晶振即可实现音频数据的多种速率转换。本发明还可以根据需求，采用不同的滤波器阶数，从而确保无论在音频的低频段还是高频段均具有很好的速率转换性能，本发明无需使用锁相环，可以避免由于锁相环对于晶振带来jitter(抖动)等方面的性能损失。本发明提高了音频速率变换***的通用性。
参照图1至5，在一实施例中，所述积分-梳状滤波器10的预设抽取率为8/16/32/64/128/256，所述积分-梳状滤波器10对应所述预设抽取率，如表1所示，将时钟频率为12MHz的数字音频数据依次降低为46875/93750/187500/375000/750000/1500000Hz；
或者如表2所示，将时钟频率为8MHz的数字音频数据依次降低为31250/62500/125000/250000/500000/1000000Hz。
本实施例中，积分-梳状滤波器10可以根据实际应用设置不同的抽取率，以及将接入不同的时钟频率(采样速率)的音频数据进行降采样。
表1
表2
参照图1至5，在一实施例中，所述多速率滤波器20包括支持12k/24k/48k/96k/192kHz速率转换的第一多速率滤波器20、支持8k/16k/32k/64k/128kHz速率转换的第二多速率滤波器20及支持11.025k/22.05k/44.1k/88.2k/176.4kHz速率转换的第三多速率滤波器20，所述第一多速率滤波器20、所述第二多速率滤波器20及所述第三多速率滤波器20的输入端分别与所述积分-梳状滤波器10连接，所述第一多速率滤波器20、所述第二多速率滤波器20及第三多速率滤波器20的输出端分别与所述第一半带滤波器30连接。
本实施例中，第一多速率滤波器20、所述第二多速率滤波器20及所述第三多速率滤波器20可以转换为不同速率的音频数据，并且对应不同速率的音频数据，三者的半带滤波器及多相滤波器22的组成也不同。
具体地，参照图6，所述第一多速率滤波器20将所述积分-梳状滤波器10输出的速率为46875/93750/187500/375000/750000/1500000Hz的数字音频数据依次进行升8倍、降5倍、升8倍、降5倍、升2倍、降5倍处理后得到速率为12k/24k/48k/96k/192kHz的音频数据。
本实施例以积分-梳状滤波器10输出的速率为46875Hz为例进行说明，在需要得到的48000Hz音频速率，那么就需要的速率转换变换。
48000/46875＝1.024＝128/125，变化因子为1.024
为了得到48000，可以将数据速率升128倍再降125倍。但是这样做会导致时钟升的太高，且导致滤波器阶数太高。因此可以对速率变换进行分解，如图6所示，可以将音频数据的速率先升8倍，降5倍，再升8倍，再降5倍，再升2倍，再降5倍处理后，即可完成小数的速率转换。在这个过程中，模数转换器50的时钟配置为12MHz或6MHz或3MHz。
其中，参照图2，升8倍速率可以使用三个半带滤波器(21A～21B)来实现，三个半带滤波器均为插值型半带滤波器，并实现2倍插值。三个半带滤波器进行级联后，将输入的音频数据进行上升。而降5倍速率可以使用第一多相滤波器22A来完成，并工作频率在4倍的音频速率上。多相滤波器22按照相位均匀划分把数字滤波器的***函数h(z)分解成若干个具有不同相位的组，形成多个分支，在每个分支上实现滤波。第一多相滤波器22A实现模型参照图3。多相滤波器22可以使滤波器工作在较低的频率上，无需设置锁相环。其中，第一多相滤波器22A模型可以用公式描述如下：
其中，N为滤波器长度，M为分解的相位数目。
结合表4，表4为第二多速率滤波器20采用半带滤波器和多相滤波器22搭建时，各个滤波器的转换速率的输入或者输出。其中，Hbf0_inclk表示第二半带滤波器40接入的音频数据速率，Lm_l8_hbf0_inclk～Lm_l8_hbf2_incl，表示多相滤波器22中三个半带滤波器接入的音频数据速率，Lm_m5_inclk表示多相滤波器22接入的音频数据速率。Hbf1_inclk～Hbf2_inclk为第一半带滤波器30采用两个来实现时，接入的音频数据速率。
表3
参照图1至6，在一实施例中，所述第二多速率滤波器20将所述积分-梳状滤波器10输出的速率为31250/62500/125000/250000/500000/1000000Hz的数字音频数据依次进行升8倍、降5倍、升8倍、降5倍、升2倍、降5倍处理后得到速率为8k/16k/32k/64k/128kHz的音频数据。在这个过程中，模数转换器50的时钟配置为12MHz或6MHz或3MHz。
本实施例以积分-梳状滤波器10输出的速率为31250Hz为例进行说明，在需要得到的32000Hz音频速率，那么就需要的速率转换变换。
32000/31250＝1.024＝128/125，变化因子为1.024
为了得到32000，同样需要将数据速率升128倍再降125倍处理。具体可参照48000Hz的转换，可以理解的是，第一多速率滤波器20和第二多速率滤波器20可以为两个独立的滤波器，也可以是两个滤波器共用，此处不做限制。模数转换器50的时钟可以配置为8M或4M或2MHz。
结合表4，表4为第二多速率滤波器20采用半带滤波器和多相滤波器22搭建时，各个滤波器的转换速率的输入或者输出。
其中，CIC clkout(Hz)表示积分-梳状滤波器10输出的音频数据速率，Hbf0_inclk表示第二半带滤波器40接入的音频数据速率，Lm_l8_hbf0_inclk～Lm_l8_hbf2_incl，表示多相滤波器22中三个半带滤波器接入的音频数据速率，Lm_m5_inck表示多相滤波器22接入的音频数据速率。Hbf1_inclk～Hbf2_inclk为第一半带滤波器30采用两个来实现时，接入的音频数据速率。
表4
参照图1至5，在一实施例中，所述第三多速率滤波器20将所述积分-梳状滤波器10输出的速率46875/93750/187500/375000/750000/1500000Hz的数字音频数据依次进行升16倍、降17倍处理后得到速率为11.025k/22.05k/44.1k/88.2k/176.4kHz的音频数据。
本实施例以积分-梳状滤波器10输出的速率为46875Hz为例进行说明，在需要得到的44.117k音频速率，那么就需要的速率转换变换。在支持11.025k/22.05k/44.1k/88.2k/176.4k时，可以采用音频速率接近的方法，例如44.1k速率由44.117k(12M/272)来代替。
12M/272＝44.117kHz；12M/256＝46.875kHz
44.117K/46.875k＝256/272＝16/17
其中，参照图4及图7，升16倍可以采样4个半带滤波器(21A’～21D’)来实现，以实现将速率升级到16倍。降17倍则可以采用多相滤波器22将速率降到1/17来实现，多相滤波器22工作频率在4倍的音频速率上。为了减少***的滤波器的数量，降低成本，前面四个半带滤波器可以和1.024小数速率变换中的半带滤波器共用。而降17倍速率可以使用第二多相滤波器22B来完成，并工作频率在4倍的音频速率上。多相滤波器22按照相位均匀划分把数字滤波器的***函数h(z)分解成若干个具有不同相位的组，形成多个分支，在每个分支上实现滤波。第二多相滤波器22B实现模型参照图5。多相滤波器22可以使滤波器工作在较低的频率上，无需设置锁相环。其中，第一多相滤波器22B模型可以用公式描述如下：
其中，N为滤波器长度，M为分解的相位数目。
结合表5，表5为第二多速率滤波器20采用半带滤波器和多相滤波器22搭建时，各个滤波器的转换速率的输入或者输出。
其中，CIC clkout(Hz)表示积分-梳状滤波器10输出的音频数据速率，Hbf0_inclk表示第二半带滤波器40接入的音频数据速率，Lm_l8_hbf0_inclk～Lm_l8_hbf3_incl，表示多相滤波器22中四个半带滤波器接入的音频数据速率，Lm_m17_inck表示多相滤波器22接入的音频数据速率。Hbf1_inclk～Hbf2_inclk为第一半带滤波器30采用两个来实现时，接入的音频数据速率。
表5
参照图1至5，在另一实施例中，第三多速率滤波器还可以将所述第一多速率滤波器输出的速率为12k/24k/48k/96k/192k的数字音频数据依次进行升7倍、降8倍、升7倍、降5倍、升3倍、降4倍处理后得到速率为11.025k/22.05k/44.1k/88.2k/176.4k的音频数据。
本实施例中，在需要得到的44.11k(Hz)音频速率时，可以将第一多速率滤波器输出的48k来得到44.1k(Hz)。
44100/48000＝147/160
为了得到44100，可以将数据速率升147倍再降160倍。但是这样做会导致时钟升的太高，且导致滤波器阶数太高。因此可以对速率变换进行分解，具体可将音频数据的速率先升8倍，升7倍、降8倍、升7倍、降5倍、升3倍、降4倍处理后，即可完成小数的速率转换。在这个过程中，需要多速率滤波器同时支持12k/24k/48k/96k/192k，以及支持11.025k/22.05k/44.1k/88.2k/176.4k(Hz)。
可以理解的是，上述实施例中，积分-梳状滤波器10、各半带滤波器、多相滤波器22均为FIR滤波器，各个可以采用不同的阶数来实现，具体可以根据不同的性能需求进行设定。
本发明还提出一种电子设备，包括如上所述的音频速率变换***。该音频速率变换***的详细结构可参照上述实施例，此处不再赘述；可以理解的是，由于在本发明电子设备中使用了上述音频速率变换***，因此，本发明电子设备的实施例包括上述音频速率变换***全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。
可以理解的是，该电子设备可以是手机、电脑、智能手环等具有音频播放功能的电子设备。
以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种音频速率变换***，其特征在于，所述音频速率变换***包括积分-梳状滤波器、多速率滤波器及第一半带滤波器，所述积分-梳状滤波器的输入端接入数字音频数据，所述积分-梳状滤波器的输出端与所述多速率滤波器及第一半带滤波器依次连接；其中，
所述积分-梳状滤波器，用于根据预设抽取率降低所述数字音频数据的速率；
所述多速率滤波器，用于根据接入的控制信号将所述积分-梳状滤波器输出的数字音频数据的速率转换成与所述控制信号对应的数字音频数据速率；
所述第一半带滤波器，用于降低所述多数率滤波器输出的数字音频数据的速率。
2.如权利要求1所述的音频速率变换***，其特征在于，所述积分-梳状滤波器的预设抽取率为8/16/32/64/128/256，所述积分-梳状滤波器对应所述预设抽取率，将时钟频率为12MHz的数字音频数据依次降低为46875/93750/187500/375000/750000/1500000Hz；
或者，将时钟频率为8MHz的数字音频数据依次降低为31250/62500/125000/250000/500000/1000000Hz。
3.如权利要求2所述的音频速率变换***，其特征在于，所述多速率滤波器包括支持12k/24k/48k/96k/192kHz速率转换的第一多速率滤波器、支持8k/16k/32k/64k/128kHz速率转换的第二多速率滤波器及支持11.025k/22.05k/44.1k/88.2k/176.4kHz速率转换的第三多速率滤波器，所述第一多速率滤波器、所述第二多速率滤波器及所述第三多速率滤波器的输入端分别与所述积分-梳状滤波器连接，所述第一多速率滤波器、所述第二多速率滤波器及第三多速率滤波器的输出端分别与所述第一半带滤波器连接。
4.如权利要求3所述的音频速率变换***，其特征在于，所述第一多速率滤波器将所述积分-梳状滤波器输出的速率为46875/93750/187500/375000/750000/1500000Hz的数字音频数据依次进行升8倍、降5倍、升8倍、降5倍、升2倍、降5倍处理后得到速率为12k/24k/48k/96k/192kHz的音频数据。
5.如权利要求3所述的音频速率变换***，其特征在于，所述第二多速率滤波器将所述积分-梳状滤波器输出的速率为31250/62500/125000/250000/500000/1000000Hz的数字音频数据依次进行升8倍、降5倍、升8倍、降5倍、升2倍、降5倍处理后得到速率为8k/16k/32k/64k/128kHz的音频数据。
6.如权利要求3所述的音频速率变换***，其特征在于，所述第三多速率滤波器将所述积分-梳状滤波器输出的速率46875/93750/187500/375000/750000/1500000Hz的数字音频数据依次进行升16倍、降17倍处理后得到速率为11.025k/22.05k/44.1k/88.2k/176.4kHz的音频数据。
7.如权利要求1所述的音频速率变换***，其特征在于，所述第一半带滤波器的数量为两个，两个所述第一半带滤波器依次与所述多速率滤波器的输出端连接。
8.如权利要求1所述的音频速率变换***，其特征在于，所述音频速率变换***还包括第二半带滤波器，所述第二半带滤波器串联设置于所述积分-梳状滤波器与所述多速率滤波器之间。
9.如权利要求1至8任意一项所述的音频速率变换***，其特征在于，所述音频速率变换***还包括模数转换器，所述模数转换器的输出端与所述积分-梳状滤波器的输入端连接，所述模数转换器用于将接收的模拟音频数据转换为所述数字音频数据后输出至所述积分-梳状滤波器。
10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的音频速率变换***。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020187280A1 (zh) * 2019-03-19 2020-09-24 深圳锐越微技术有限公司 音频速率变换***及电子设备

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6608572B1 (en) * 2001-08-31 2003-08-19 Cirrus Logic, Inc. Analog to digital converters with integral sample rate conversion and systems and methods using the same
CN1776808A (zh) * 2005-12-06 2006-05-24 浙江大学 统一速率音频处理方法及装置
CN101192832A (zh) * 2006-11-30 2008-06-04 美国博通公司 处理音频信号的方法和***
CN101262240A (zh) * 2008-04-25 2008-09-10 浙江大学 一种易于硬件实现的全数字频率变换的方法及其装置
KR100879967B1 (ko) * 2007-09-19 2009-01-23 삼성탈레스 주식회사 프로그래머블 업 컨버전 장치
CN202067539U (zh) * 2011-05-31 2011-12-07 杭州卡威电子有限公司 一种数字音频变频器
CN103166598A (zh) * 2013-03-01 2013-06-19 华为技术有限公司 数字滤波器及其配置方法、电子设备及无线通信***
CN103685099A (zh) * 2012-09-25 2014-03-26 京信通信***（中国）有限公司 一种对信号进行变频调整的方法和设备

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109801641B (zh) * 2019-03-19 2021-06-08 深圳锐越微技术有限公司 音频速率变换***及电子设备

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6608572B1 (en) * 2001-08-31 2003-08-19 Cirrus Logic, Inc. Analog to digital converters with integral sample rate conversion and systems and methods using the same
CN1776808A (zh) * 2005-12-06 2006-05-24 浙江大学 统一速率音频处理方法及装置
CN101192832A (zh) * 2006-11-30 2008-06-04 美国博通公司 处理音频信号的方法和***
KR100879967B1 (ko) * 2007-09-19 2009-01-23 삼성탈레스 주식회사 프로그래머블 업 컨버전 장치
CN101262240A (zh) * 2008-04-25 2008-09-10 浙江大学 一种易于硬件实现的全数字频率变换的方法及其装置
CN202067539U (zh) * 2011-05-31 2011-12-07 杭州卡威电子有限公司 一种数字音频变频器
CN103685099A (zh) * 2012-09-25 2014-03-26 京信通信***（中国）有限公司 一种对信号进行变频调整的方法和设备
CN103166598A (zh) * 2013-03-01 2013-06-19 华为技术有限公司 数字滤波器及其配置方法、电子设备及无线通信***

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王龙生 等: "《一种低功耗可变抽取倍数滤波器组的设计》", 《微电子学与计算机》 *
陈娜 等: "《LTE***中多速率采样滤波器的设计》", 《工程应用》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020187280A1 (zh) * 2019-03-19 2020-09-24 深圳锐越微技术有限公司 音频速率变换***及电子设备

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