[发明专利]降低静音时量化噪声的装置与方法

说明书

技术领域

本发明提供一种降低静音时量化噪声的装置与方法，特别是使用一动态反馈增益值的方式压抑静音时的量化噪声。

背景技术

在现有的音乐播放装置中，皆具有数字模拟转换器(Digital to AnalogConverter)，用以将数字信号转换为模拟的音频。又绝大部分数字模拟转换器皆采用三角积分调变器(Delta Sigma Modulator，以下简称DSM)架构，应用调变器中降低音频噪声的设计(noise shaping)，改善信号转换时的声音质量。

然而，使用DSM以降低音频噪声的音乐装置，当播放音乐时，会有下列情形发生：除了在一开始播放音乐时信号为零(0)的状况以及重置(Reset)该数字模拟转换器后单纯播放静音的状况时会有很好的静音(mute)效果外；其余时间，在音乐播放结束后要播放下一曲音乐中间的短暂静音阶段或是播放过音乐后再接续播放静音，即任两首音乐之间的间隔(静)音或是经由数字解码器送入DSM的音频信号为零的情形，皆会产生让人听觉不适又无法预测的噪声，且此现象亦造成声音信噪比(SNR)在不同测量情况下产生误差。

上述噪声发生的原因在于播放一段音乐后，储存于调变器中运算缓存器的状态不同于初始播纯静音的状态(即DSM为理想状态)，以至于输出的量化噪声强度过大，造成使用者听觉的不适。

请参阅图1A与图1B，如图1A所示，为现有音乐播放装置播放静音时理想振幅与时间的相对关系示意图。其中，横轴表示为时间，纵轴表示为振幅，此图显示，当音乐播放装置播放纯静音时，其理想状态(标准化)是振幅为零，随着时间的增加，并没有产生振幅为零以外的噪声。

而图1B则显示现有音乐播放装置播放间隔静音时振幅与时间的相对关系示意图。其中，横轴表示为时间，纵轴表示为振幅；在已经播放音乐后进入静音(间隔静音或是输入音频为0)时，会产生一定程度的噪声，即振幅不为零。

请参阅图2所示，揭露现有技术一种线性3阶三角积分调变器的电路方块示意图。其显示一个采用3阶三角积分调变器(3rd-order Delta-SigmaModulator，以下简称3阶DSM)20架构的音频数字模拟转换器，此3阶DSM20包括复数个加法器(adder)201、202、203与204，复数个积分器(integrator)206、207与208，复数个增益产生器提供复数个可调整增益系数(gain)a1、a2、c1、c2与g1，以及一量化器，此处以一加法器205表示此量化器所引入的量化噪声。

其中，复数个增益系数可利用系数倍加器(coefficient multiplier)调整由调变器输出端回馈至各加法器的输入端；而增益系数g1则是用以调整由积分器208产生的信号回馈至加法器203，电路中，亦透过复数个增益系数c1与c2的调整，完成在频域上需要的响应。另外，上述接近输出端更有一量化器，将积分器208的输出值，重新进行量化。在此量化过程里，所产生的量化噪声，以函数E(z)表示，并以加法器205引入系统，方便作线性模型分析。最后，由此加法器205输出的数据将经过延迟单元(delay unit)209，以完成数字模拟的转换。

其中，加法器201、202、203、204与205将各种数据执行加法运算，加总连接到加法器的各种信号，可包括经量化输出、经乘法运算的数据或经系数倍加(乘上系数a1，a2)后的信号数据；而积分器206、207与208则主要由加法器(未显示于图中)与延迟单元(delay unit)组成，能藉以将由加法器输出的数据累加起来；而系数倍加器系将经过量化处理过的数据(包含量化噪声)以系数(a1或a2)相乘，再传送至不同的加法器中。

图中X(z)为一输入至此3阶DSM 20的数字信号，而Y(z)为此3阶DSM20输出的值，而量化噪声(quantization noise)E(z)通过加法器205引入，仿真量化噪声对输入信号X(z)的影响。就数字音频来说，Y(z)值的积分波形愈接近输入的X(z)值时，可得到愈佳的信噪比及音质。很明显的，只要能够降低在调变器输出值Y(z)音频部分中，量化噪声E(z)的成分，即可达成此一目标。

根据上述的3阶DSM 20推导出一组转移函数，如方程式(1)：

Y(z)＝STF(z)·X(z)+NTF(z)·E(z)--------------------(1)

其中，X(z)为调变器输入值，E(z)为量化噪声，STF(z)为输入信号滤波器，NTF(z)为量化噪声滤波器，而Y(z)则为调变器输出值。