具体实施方式

本公开的各种实施例涉及用于数字信号的采样速率转换的改进的系统和方法。与先前的解决方案相比，本文公开的解决方案允许更低的硅占用面积。在一些实施例中，公开了多通道点阵波滤波器，其具有比常规解决方案更低的功耗并且便于系数的有效改变。

点阵波滤波器具有适合于抽取和内插的结构。这些滤波器对系数变化具有低灵敏度，从而使得能够以较短的系数长度实现乘法，或者可以使用经典符号数字表示由加法和减法代替乘法。

在各种实施例中，在点阵波滤波器内包括多个延迟，以使多个通道能够由同一滤波器处理。通过将多个通道多路复用为单个滤波器结构，获得了实现特定结构所需的系数、乘法器和加法器的数量的减少。提供反馈路径，允许点阵波结构的单个反射器部分以实现多个部分，而不需要额外的乘法器。反馈结构进一步使得多个滤波器部分能够被组合成单个处理单元。反馈路径可以支持零的输入值，其进一步使得能够支持处理路径中的插值。

现在将参考附图更详细地描述各种实施例。如图所示，可以使用多个部分的基本组合的各种简化程度，从而实现多个通道、多部分、多采样速率，或者为了更低的延迟甚至通过在一些或更多部分中实现利用过采样的部分。例如，在2018年10月31日提交的、名为“Low Delay Decimator and Interpolator Filters”的申请序列号16/177,308中描述了过采样低延迟波滤波器，其全部内容通过引用并入本文。

现在将参考图1描述多部分点阵波滤波器100。输入通道102(In)被配置为接收数字输入信号。在一个实施例中，输入信号是数字音频信号，并且多部分点阵波滤波器100在音频信号处理单元中实现。第一滤波器路径包括下采样器104和多个全通滤波器106a-c。在所示实施例中，下采样器104接收数字输入信号，以2倍下采样数字输入信号，并将下采样信号输出到全通滤波器106a。全通滤波器包括数字信号滤波器，其在增益或幅度方面均等地通过所有频率，但改变各种频率之中的相位关系。全通滤波器106a-c中的每一个包括相应的延迟元件108a-c。在所示的实施例中，延迟元件108a-c中的每一个是位于前馈布置中的双样本延迟元件。全通滤波器106a的滤波输出被馈送到全通滤波器106b/延迟元件108b以及全通滤波器106c/延迟元件108c，以产生来自第一滤波器路径的第一滤波输出。

第二滤波器路径包括延迟元件120、下采样器122和多个全通滤波器124a-c，每个全通滤波器124a-c具有相应的延迟元件126a-c。数字输入信号由延迟元件120延迟一个样本，由下采样器122以2倍下采样，并且通过全通滤波器124a-c/延迟元件126a-c对进行滤波，以产生来自第二滤波器路径的第二滤波输出。第一滤波输出和第二滤波输出在求和块140中组合并通过1/2除法器142馈送以产生通过输出144的输出信号。

图2图示了根据本公开的一个或多个实施例的利用多个寄存器及过采样输入的示例双通道抽取滤波器200。图2的实施例使得单个滤波器能够同时处理两个数据流。抽取滤波器200的输入202在多路复用器204处接收两个输入通道L和R(诸如左右立体声音频信号)。多路复用器204将双通道输入组合成单个数字流以供进一步处理。在一个实施例中，左通道L和右通道R被组合以形成一系列样本对。这是同时处理两个输入流的五阶点阵波抽取滤波器的示例。

该滤波器由两个反射器部分(即包括元件208、210和212以及相关的延迟和系数的上反射器，以及包括元件250、248和246以及相关延迟和系数的下反射器部分)组成。抽取滤波器200包括用于处理输入数字流的两个数据路径。在第一处理路径中，输入数字流被提供给下采样器206，下采样器206对输入数字流进行下采样以产生输出X0。信号X0通过第一208与反馈信号X2D组合，产生信号X1。在所示实施例中，具有值1/8(0.125)的系数γ₁被应用于X1，并且结果由第二加法器210与反馈信号X2D相加以产生输出信号X3。由第二减法器212从X1中减去X3以产生差信号X2。差信号X2被延迟一个样本并被反馈到第一加法器208和第二加法器210。

在第二处理路径中，输入数字流由下采样器244以2倍下采样以产生输出Y0。信号Y0通过第三加法器246与反馈信号Y2D组合，产生信号Y1。在所示实施例中，具有1/16加1/2(0.5625)的值的系数γ₂被应用于Y1，并且结果由第四加法器248与反馈信号Y2D相加以产生输出信号Y3。由第二减法器250从Y1中减去Y3以产生差信号Y2。差信号Y2被延迟一个样本并被反馈到第三加法器246和第四加法器248。来自第一处理路径的输出信号X3和来自第二处理路径的输出信号Y3由第五加法器290组合，通过第一除法器292和输出节点294(OUT)馈送。

参考图3，现在将描述根据本公开的一个或多个实施例的使用反馈的单个滤波器300的示例。图3的实施例使得能够使用单个简化的全通滤波器来实现多个滤波器部分。单个滤波器300包括被配置为接收输入信号的输入302(In)，该输入信号被提供给两个处理分支。在第一处理分支中，输入信号被提供给第一降频转换器304，以2倍降频转换输入信号，并将降频转换的输出提供给第一多路复用器306。多路复用器306将信号提供给具有多个延迟元件310a-c的全通滤波器308。输出信号被反馈到多路复用器306并作为第一输入提供给加法器340。这意味着可以使用全通滤波器308和330内的单个反射器部分来代替多个反射器部分，从而显著降低复杂性。

在第二处理分支中，输入信号首先被提供给延迟元件320以将输入信号延迟一个样本。然后将延迟的输入信号提供给第二降频转换器324，以将延迟的输入信号2倍降频转换，并将降频转换后的输出提供给第二多路复用器326。第二多路复用器326将信号提供给具有多个延迟元件332a-c的全通滤波器330。输出信号被反馈到多路复用器326并作为第二输入提供给加法器340。加法器340组合第一输出信号和第二输出信号。组合的输出被提供给1/2除法器342，然后被提供给输出344(Out)。

图4图示了根据本公开的实施例的示例多通道、多速率点阵波滤波器400。滤波器将两个全通滤波器组合成单个部分。点阵波滤波器400包括被配置为接收数字输入信号的输入402。数字输入信号与反馈信号一起作为输入被提供给多路复用器404。多路复用器404将数字流输出到全通滤波器406，全通滤波器406包括多个延迟元件410a-c。全通滤波器406的输出被反馈到多路复用器404并被提供给包括第一延迟元件420和第二延迟元件422的输出级。来自第一延迟元件420的输出被提供给第二延迟元件422和加法器424。来自第二延迟元件422的输出在加法器424中与来自第一延迟元件420的输出组合。组合输出被提供给点阵波滤波器400的1/2除法器426和输出428(Out)。该结构是图3的进一步改进，其中，图4仅使用单个反射器部分来处理所有数据。

图5图示了根据本公开的一个或多个实施例的广义多速率点阵波滤波器500。该滤波器使用单个数字滤波器部分实现了具有多个采样率的多速率信号处理，从而降低了复杂度。点阵波滤波器500包括接收数字输入流的输入502，该数字输入流与第一反馈信号和第二反馈信号一起被馈送到多路复用器504。多路复用器504向包括多个延迟元件510a-c的全通滤波器506输出。全通滤波器506的输出作为第一反馈信号被反馈到多路复用器。全通滤波器506的输出也被提供给第一延迟元件520，第一延迟元件520将第一输出提供给第二延迟元件522和加法器524。加法器524将第一输出与从第二延迟元件522接收的第二输出组合。组合信号被馈送到1/2除法器526，1/2除法器526产生提供给输出528(Out)的输出信号。输出信号也被作为第二反馈信号反馈到多路复用器504。来自516的额外反馈节点的这种布置使得能够使用(位于全通滤波器506内部的)单个反射器部分来实现多级、多速率点阵波抽取滤波器。通过向多路复用器504添加零作为输入选项，以相同的方式实现多级、多速率内插器。换句话说，该图可以表示完整的插值或抽取信号处理链，其中所有处理使用506内部的单个反射器级而发生。

本文公开的多通道点阵波滤波器可以用在各种各样的应用中。在各种实施例中，本文公开的多通道点阵波滤波器可以在回波消除和其他多通道音频处理系统中实现，以改善嘈杂环境中的用户体验。在一种方法中，多通道音频输入/输出设备(诸如耳机、头戴式受话器、耳塞或扬声器)包括用于拾取环境声波的一个或多个音频传感器和用于生成期望的音频信号(例如，通过消除回声或识别目标音频源)的处理电路。

在一些实施例中，在使用过采样转换器的多通道回波消除系统中使用多通道点阵波滤波器。在一个实施例中，Δ-Σ模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)被用于音频信号处理。与奈奎斯特采样速率转换器相比，Δ-Σ转换器利用更高的采样速率，并且实现起来通常更便宜，因为它们要求模拟信号分量的精度较低。因此，从成本和处理的角度来看，以比奈奎斯特准则所需的采样速率更高的采样速率执行噪声消除通常是有利的，并且这可以用于获得更宽的噪声消除带宽。多速率信号处理的一个复杂性是延迟增加的可能性。本文公开的多通道点阵波滤波器对系数变化具有低灵敏度，并且可以用于获得不需要乘法的简化滤波器解决方案。

参考图6，图示了根据本公开的一个或多个实施例的用于多通道采样速率转换的示例过程600。在步骤602中，采样速率转换器的输入接收多通道数字输入信号。多通道输入信号可以包括任何多通道数字信号，诸如从多个音频传感器生成的多通道音频信号。在步骤604，多通道音频信号被多路复用为单个数据流。在各种实施例中，通过将多个通道多路复用到单个滤波器结构中，获得了实现特定结构所需的系数、乘法器和加法器的数量的减少。

在步骤606中，通过点阵波滤波器结构处理组合的数字数据流。点阵波滤波器可以具有比常规解决方案更低的功耗、便于系数的有效改变，并且与常规系统相比具有更低的硅面积。在一些实施例中，点阵波滤波器结构使得能够在单个部分内处理多个采样速率，并且可以用于抽取和插值。在点阵波滤波器内可以包括多个延迟，以使得组合数字数据流的多个通道能够由同一滤波器处理。在一些实施例中，点阵波滤波器结构包括两个或更多个处理分支，并且来自这两个或更多个分支的输出在输出之前被组合。

在步骤608中，通过反馈路径反馈所处理的信号。在一些实施例中，反馈路径将所处理的信号馈送到多路复用器。在其他实施例中，反馈路径连接到相应处理分支中的组件。在步骤610，输出采样速率转换的信号以供进一步处理。

在先前的实施例中，已经提出了多通道点阵波滤波器的特定结构。本领域普通技术人员将意识到，在不脱离本公开的范围的情况下，可以实现所公开的多通道点阵波滤波器的其他拓扑结构。

在适用的情况下，本公开提供的各种实施例可以使用硬件、软件或硬件和软件的组合来实现。此外，在适用的情况下，在不脱离本公开的范围的情况下，本文阐述的各种硬件组件和/或逻辑组件可以被组合成包括软件、硬件和/或两者的复合组件。在适用的情况下，在不脱离本公开的范围的情况下，本文阐述的各种硬件组件和/或逻辑组件可以被分成包括软件、硬件或两者的子组件。另外，在适用的情况下，预期软件组件可以被实现为硬件组件，反之亦然。

前述公开不旨在将本公开限制于所公开的精确形式或特定使用领域。因此，考虑到本公开，各种替代实施例和/或对本公开的改进，无论是在本文中明确描述还是暗示都是可能的。例如，尽管参考自适应噪声消除系统描述了本文公开的低延迟抽取器和低延迟内插器，但是应当意识到，本文公开的低延迟滤波器可以用在其他信号处理系统中。已经描述了本公开的实施例，本领域普通技术人员将认识到，在不脱离本公开的范围的情况下，可以在形式和细节上进行改变。因此，本公开仅受权利要求的限制。