音频处理及增强系统 |
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| 申请号 | CN201280058120.6 | 申请日 | 2012-09-26 | 公开(公告)号 | CN103988426A | 公开(公告)日 | 2014-08-13 |
| 申请人 | ACTIWAVE公司; | 发明人 | 佩尔·贡纳斯·里斯贝里; 兰迪·托特; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种用于增强消费 电子 设备上的音频体验的系统和方法。公开了一种包括参数可配置处理单元的用于增强消费电子设备上的音频体验的系统。公开了一种适于嵌入于低成本、低功率的专用集成 电路 中的全数字音频增强系统。还公开了一种用于在消费电子设备上配置音频增强系统的方法。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于改进具有声波标记图和变换器的消费电子设备的音频性能的音频增强系统，包括： |
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| 说明书全文 | 音频处理及增强系统[0001] 相关申请的交叉引用 [0002] 本公开是要求于2011年9月26日提交的、题名为“音频处理及增强系统(Audio Processing and Enhancement System)”的、发明人是帕·贡纳·里斯伯格等人的、序列号为61/539,025的美国临时专利申请的权益和优先权的国际申请，该申请的全部内容通过引用为所有目的合并于此。 技术领域[0003] 本公开涉及在消费产品内的音频处理。更特别地，本发明涉及用于增强消费电子设备的音频输出的系统和方法。更特别地，本发明涉及用于增强具有高度受约束的且次优的声学形状因数的设备的音频的系统和方法。 背景技术[0004] 移动技术和消费电子设备(CED)的使用持续扩展且范围遍及全世界。在持续增殖的同时，设备硬件和组件的技术迅猛前进，导致计算能力增加以及在将载于设备的新的外围设备的结合，同时减小了设备尺寸，能量消耗等。诸如移动电话、平板电脑以及膝上型电脑的大部分设备包括声音通信系统，以及特别是与使用者交互且将音频数据流送给使用者的一个或多个扬声器。 [0005] 每个设备都具有声波标记图，表示由于其设计所规定的设备的音频特性，其影响设备所产生的声音。设备的声波标记图可以显著地影响使用者的音频体验。 [0006] 音频体验是消费电子设备的设计中考虑的诸多因素之一。通常，折衷音频系统、扬声器等的品质从而有利于在其他设计因素中的诸如成本、视觉吸引力、形状因数、屏幕可操作区域(screen real-estate)、外壳材料选择、硬件布局和装配考虑的其他设计因素。 [0008] 如果增加设计挑战，则这些设备的使用情况会变得复杂。使用者可以在宽泛的使用情境时要求高品质的音频体验。这种例子包括聆听如抵靠放置于耳朵，或放在桌子，躺椅，膝盖上，各种房间中，在多组使用者中间，在汽车中等等的相同的音频设备。 [0009] 尽管许多音频系统提供使用者可调均衡器和其他声音增强选项，但是这些产品仅仅对被处理的音频信号进行初步调整。也就是说，这些产品不会对声学系统中的缺陷做修正并且因此不会补偿传播进入收听环境的实际声音。此外，许多现有的声音增强产品通过软件程序来实施，需要来自已经受严重约束的处理器的大量的资源。 [0010] 这些因素的总和通常导致对使用者而言显著地未留下印象的音频体验并且导致在一些能满足的情境中设备使用的整体减少。 [0011] 因此，有为移动技术和消费电子设备的使用者提供增强音频体验的需求。 发明内容[0012] 本公开的一个目的是提供用于增强消费电子设备的音频输出的系统和方法。 [0013] 另一个目的是提供用于增强形状因数受限的消费电子设备的音频的系统。 [0014] 又一个目的是为实质上最小化硬件、软件和/或功率需求的消费电子设备提供音频增强系统。 [0015] 又一个目的是无缝地增强通过消费电子设备的音频流。 [0016] 又一个目的是补偿消费电子设备的声波标记图以增强和/或标准化设备的音频输出。 [0018] 根据第一方案，提供用于增强在消费电子设备中的音频的系统。所述系统包括参数可配置处理(PCP)单元，以及数字驱动器(DD)单元。所述PCP单元被配置为从音频信号源(例如，处理器、音频流设备、音频反馈设备、无线收发器、ADC、音频解码器电路等)接受一个或多个音频信号(例如，数字音频信号)并且将一个或多个增强的信号提供给所述DD单元。所述PCP单元一般包括将输入音频信号与增强的音频信号关联的一个或多个传递函数。所述DD单元被配置为将适用于驱动变换器(例如，扬声器)的输出信号或所述输入提供给变换器模块(例如，无源滤波器电路、放大器、解复用器、开关阵列、串行通信电路、并行通信电路，FIFO通信电路，电荷累积电路等)。所述DD单元可以包括脉冲宽度调制器(PWM)。在各方案中，所述PCP单元和/或所述DD单元可以接收用于反馈目的的传感器数据。在一个非限制性的例子中，传感器数据可以是与所述变换器的操作相关的电流和/或电压读数。 [0019] 所述系统可以包括任意或异步采样率转换(ASRC)单元。所述ASRC单元可以在所述输入和所述PCP单元之间、在所述PCP单元和所述DD单元之间集成于系统中，或集成于所述PCP单元或所述DD单元中。所述ASRC单元可以被配置为从音频信号源(例如处理器、音频流设备、音频反馈设备、无线收发器、ADC、音频解码器电路、所述PCP单元等)接受任意采样率的一个或多个音频信号(例如，数字音频信号)，并且产生一个或多个具有不同采样率的转换的信号。依靠特定的实现，所述ASRC单元可以被配置为将一个或多个转换的信号输送到所述PCP单元，所述DD单元或在任一单元内的元件。 [0020] 所述系统可以被嵌入到专用集成电路(ASIC)中或作为用于集成于片上系统(SoC)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)，或数字信号处理器(DSP)集成电路中的硬件描述语言单元(例如VHDL、Verilog等)而设置。所述PCP单元还可以通过软件实现。所述系统可以是全数字硬件实现。全数字实现可以有利于减小硬件占位面积(hardware footprint)，降低功耗，降低生产成本，并且增加其中可以实现系统的集成电路工艺的数量。 [0021] 在各方案中，所述PCP单元可以包括并且/或可以被配置为接受影响在一个或多个转换的信号到一个或多个增强的信号之间的传递函数的至少一部分的一个或多个参数。所述PCP单元可以包括用于存储参数的存储元件。可替换地，另外地，或组合地，一个或多个参数可以被设置在位置分离的存储元件中，在加电期间载入到所述PCP单元中，或直接硬件编码到所述系统的VHDL实现中。所述参数可以从网络(例如，通过互联网，从云端，等等)载入。 [0022] 在各方案中，所述PCP单元可以被配置为提供诸如FIR滤波、IIR滤波、折曲FIR滤波(warped FIR filtering)、变换器伪迹去除、防干扰、使用者特定声学增强、使用者安全功能、情绪算法、心理声学增强、信号整形、信号或多频带压缩、扩展器或限制器、水印叠加、频谱对照增强、频谱拓宽、频率掩蔽、量化噪声去除、电源抑制、交叠、均等、放大、驱动器范围扩展器、功率最优化、线性或非线性反馈或前馈控制系统等功能。所述PCP单元可以或独立或结合地包括一个或多个上述功能。一个或多个包括的功能可以被配置为取决于一个或多个参数。在各方案中，所述PCP单元可以包括包括观测器的非线性反馈控制系统，并且所述音频系统可以包括产生一个或多个反馈信号的器件。所述观测器可以被配置为接受一个或多个反馈信号或从其中产生的信号，并且由一个或多个反馈信号以及一个或多个控制信号产生一个或多个估计状态。在各方案中，所述观测器可以包括非线性观测器、滑模观测器、卡尔曼滤波器、自适应滤波器、最小均方自适应滤波器、递归增广最小二乘滤波器、扩展卡尔曼滤波器、集合卡尔曼滤波器(ensemble Kalman filter)、高阶扩展卡尔曼滤波器、动态贝叶斯网络。在一个非限制性的例子中，所述观测器可以包括用以产生一个或多估计状态的无迹卡尔曼滤波器(unscented Kalman filter)或无迹增广卡尔曼滤波器。 [0023] 在各方案中，所述音频增强系统可以包括保护单元，所述保护单元配置为分析一个或多个输入信号、估计状态和/或控制信号，并且基于分析修正控制信号，从而限制关联的扬声器元件的温度和/或语音线圈偏移。在各方案中，所述音频增强系统可以接受来自扬声器元件的电压和/或电流作为观测器的输入。 [0024] 在各方案中，可以在消费电子设备的设计、验证或测试过程中预配置所述参数。可替换地，另外地，或相结合地，所述参数可以在消费电子设备的制造、品质控制和/或测试过程中被预配置、调节或优化。可替换地，另外地，或相结合地，所述参数可以在固件升级期间或通过软件更新处理被上载到消费电子设备。 [0026] 在各方案中，在输入和所述PCP单元之间放置ASRC单元可以有利于多种应用，但是特别是在存储限制的设备中有利。在一个非限制性的例子中，对于其余的处理，ASRC单元可以允许不考虑输入音频信号的采样率的单组参数的使用。放置在系统输入处的ASRC还可以从输入音频信号去除抖动，其有利于增强来自一些类型的输入源的声音。 [0027] 在各方案中，所述DD单元可以预配置和/或预选择以驱动一系列电声变换器(例如，电磁的、热声的、静电的、磁致伸缩的、带状的、阵列的、电活性材料的变换器等)。所述DD单元可以被配置为将功率高效的PWM信号提供给变换器或变换器模块(例如，无源滤波器电路、放大器、解复用器、开关阵列、串行通信电路、并行通信电路、FIFO通信电路、电荷累积电路等)的输入。取决于一个或多个所述参数，所述PCP单元可以包括功率优化函数。功率优化函数可以被配置为经由一个或多个参数优化从所述DD单元到所述变换器的功率传递。 [0028] 在各方案中，所述系统可以包括反馈单元，其配置为提供反馈信号。可替换地，另外地，或相结合地，在所述系统中的任意单元可以被配置为提供一个或多个反馈信号。所述反馈信号可以被提供给音频信号源、管理程序、和/或处理器。所述反馈信号可以是关于音频信号的处理效率、单元或系统的一个或多个方面的状况、系统中一个或多个单元的功耗、变换器特性(例如，语音线圈电阻、输入阻抗、阻抗谱、偏移参数等)的变化的量化度量。所述反馈信号可以包括适于调节和/或优化一个或多个参数的信息。在各方案中，所述反馈信号可以作为非线性控制系统的一部分(例如，包括在PCB单元中)、扬声器保护算法等使用。 [0029] 在各方案中，所述系统可以被配置为从音频信号源、管理程序、和/或处理器接受一个或多个控制信号。所述系统可以被配置为响应于控制信号以降低功耗，进入低功率状态，运行诊断测试等。控制信号可以为所述系统中的一个或多个单元提供服务(例如，计时器、标记等)。 [0030] 系统中的一个或多个单元可在高效音频处理状态和高音频品质状态之间可以是可调整的。状态间调整的程度可以通过控制信号设定。 [0031] 在各方案中，所述DD单元可以包括诊断功能，其配置为分析一个或多个包括在消费电子设备中的变换器。在接收到控制信号时，所述诊断功能可以被配置为激活并且监控音频输入信号、音频输出信号、变换器性能度量(例如，温度、输入阻抗、隔膜运动[即，偏移]，等等)，和/或音频输出(例如，依靠机载传声器，等等)。所述诊断功能可以被配置为将一个或多个诊断信号(例如，线性调频信号、脉冲信号等)叠加到输出信号上。所述诊断功能可以被配置为将该诊断测试的结果返回到定位在设备或可能在云端、网络服务器上等的音频源、管理程序，或处理器。可替换地，或相结合地，所述诊断功能可以被配置为存储由诊断测试(例如，脉冲响应等)计算的变换器度量。所述诊断功能可以被配置为将先前保存的变换器度量与当前计算的变换器度量相比较并且产生适于决定是否更新所述音频增强系统(例如，更新所述PCP单元的所述参数等)的反馈信号。 [0032] 在各方案中，所述PCP单元可以被配置为提供回波消除、环境伪迹校正、混响减少、波束成形、自动校准、立体声扩展、虚拟环绕声、虚拟中央扬声器、虚拟超低音(通过数字低音增强技术)、噪声抑制、音响效果等。 [0033] 在各方案中，所述PCP单元可以被配置为将环境声集成于音频信号上，诸如通过周围环境特征(例如，调整混响、回波等)修正音频输入信号，并且/或通过对与环境设定(例如，现场事件、室外设定、音乐厅、教堂、俱乐部、丛林、购物中心、会议设定、电梯、冲突地带、飞机驾驶舱、百货公司无线电网络等)类似的音频输入信号叠加环境声音效果。 [0034] 另外，或相结合地，所述PCP单元可以被配置为接受并且响应于来自音频信号源、处理器或网络(例如，互联网、云端、LAN等)的基于位置的控制信号。所述PCP单元可以基于基于位置的控制信号而改变环境声音效果。所述系统可以包括适于存储环境声音效果的存储元件。所述系统可以被配置为从音频信号源、处理器、网络等接收环境声音效果。 [0035] 在各方案中，环境声音效果可以包括诸如姓名、偏好等的关于使用者的具体信息。环境声音效果可以被用于安全地将个性化信息(例如，问候、产品特定信息、方向、水印、握手等)叠合于音频流中。 [0036] 根据另一个方案，提供包括PCP单元的用于增强消费电子设备中的音频的系统，所述消费电子设备或所述系统具有有限数量的扬声器(例如，1个或2个)。所述系统可以被配置为接受5.1环绕声信号等，并且将其输送给所述PCP单元。所述PCP单元可以包括从5.1环绕声信号产生虚拟中央扬声器和虚拟超低音并且将它们添加到增强的音频信号上的功能。所述PCP单元可以包括一个或多个虚拟声音处理功能从而进一步将必要的扬声器数量减少至2。所述PCP单元可以被配置为将增强的音频信号输送给DD单元，其被配置为驱动有限数量的扬声器。该实现可以有利于改进低成本且极受限的消费电子设备中的音频品质。 [0037] 在各方案中，所述系统可以以无线、分布式构造实现。所述系统可以包括远程子系统以及集成子系统。包括所述PCP单元以及任选的ASRC单元的所述远程子系统可以远离消费电子设备(例如，在云端，在本地服务器上，在网络计算机上，在路由器上等)实现。包括所述DD单元以及任选的ASRC单元的所述集成子系统可以集成于消费电子设备中。所述远程子系统和所述集成子系统可以被配置为无线地或经由网络流协议通信，从而将一个或多个增强的音频信号从所述PCP单元传递到所述DD单元。此种实现可以有利于从消费电子设备卸载处理功能(例如，为了节省功耗)。此种实现可以有利于从线上或远程流服务流动音频。所述ASRC单元可以配置有诸如低功率状态、高音频性能状态等多种工作状态。所述ASRC单元可以被配置为接受适合于将所述ASRC单元置于可替换状态的控制信号。 [0038] 根据又一个方案，提供用于增强消费电子设备的音频性能的方法。该方法包括：为可配置音频处理系统确定一组参数；用所述参数优化所述音频处理系统；以及将优化的音频处理系统集成于消费电子设备中。 [0039] 可以通过在包括一个或多个音频传感器的测试间(例如，无回音测试间)分析消费电子设备并且结合分析来运行配置算法以预配置并且确定用于可配置音频处理系统的优化参数而优化所述参数。可以通过分析过程的重复而迭代地优化所述参数。 [0040] 该方法可以包括将优化的音频处理系统硬编码到硬件描述语言(HDL)实现。HDL实现可以有利于简化音频处理和增强系统与消费电子设备上的现有处理器和/或硬件的集成。HDL实现还可以有利于对音频处理系统中的参数进行加密和保护。 [0041] 该方法可以包括优化HDL实现，用于降低功率，减小占位面积，或为了集成于特定半导体制造工艺中(例如，13nm-0.5μm CMOS、CMOS-Opto、HV-CMOS、SiGe BiCMOS等)。这可以有利于为消费电子设备提供增强的音频体验而不显著地影响功耗或不对已经被限制的设备增加大的硬件或成本。 [0042] 根据另一个方案，提供增强消费电子设备中的音频的方法。该方法包括：将可配置音频增强系统集成于消费电子设备中；在制造、验证或最终测试过程中测试消费电子设备；以及更新消费电子设备中的音频增强系统。 [0043] 在各方案中，可以在自动化测试单元中测试消费电子设备。自动化测试单元可以在消费电子设备上运行诊断测试并且记录在诊断测试期间获得的设备的音频输出。可以使用从诊断测试获得的数据产生对音频增强系统的更新，并且自动化测试单元可以更新消费电子设备上的音频增强系统。 附图说明[0044] 结合参照下面的附图可以更好的理解本公开的多个方案。在附图中，相似的附图标记在全部的几幅图中指示相应的部分。 [0045] 图1a至图1f显示了依照本公开的音频增强系统(AES)的示意图。 [0046] 图2显示了依照本公开的参数可配置处理(PCP)单元的示意图。 [0047] 图3显示了依照本公开的数字驱动器(DD)单元的示意图。 [0048] 图4显示了依照本公开的异步采样率转换器(ASRC)单元的示意图。 [0049] 图5a至图5c显示了具有集成的音频增强系统的消费电子设备，以及具有和不具有音频增强系统的消费电子设备的音频性能。 [0050] 图6a和图6b显示了依照本公开的增强消费电子设备的音频性能的方法。 [0051] 图7显示了依照本公开的增强消费电子设备的音频性能的方法。 具体实施方式[0052] 参照附图在下文中描述本公开的特殊实施例，然而，公开的实施例仅仅是本公开的例子并且可以以各种形式实施。为避免以不必要的细节模糊本公开，没有详细描述众所周知的功能或结构。因此，在此公开的具体结构和功能的细节不应被解释为限制，而仅仅是作为权利要求的根据和作为教导本领域技术人员的代表性根据，以几乎任意适当地详细的结构多方面地利用本公开。在全部的附图描述中，相似的附图标记指代相似或相同的元件。 [0053] 消费电子设备是指蜂窝电话(例如，智能手机)、台式电脑、笔记本电脑、便携式媒体播放器、电视机、便携式游戏设备、游戏控制台、游戏控制器、遥控器、器具(例如，烤箱、冰箱、面包机、微波炉、真空吸尘器等)、电动工具(例如，电钻、搅拌机等)、机器人(例如，自治清洁机器人、护理机器人等)、玩具(例如，玩偶、小塑像、建筑玩具、玩具拖拉机等)、贺卡、家庭娱乐系统等。如下文所述，所有消费电子设备都具有固有的声波标记图。所述音频增强系统可以被配置为补偿该声波标记图以增强和/或标准化从设备输出的音频。在消费电子设备是器具或电动工具的情况下，音频增强系统可以被配置为消除工作噪声，增大工作噪声，为使用者提供警报等。音频增强系统可以被配置为全数字实现，其可以适于降低系统成本，特别是在处理器方面，还有在使用低成本变换器方面，降低功率要求等。音频增强系统还可以被配置为当与极低成本的变换器成对使用时，以低成本应用保持可接受的音频性能。在诸如便携式游戏设备的移动或电池操作的消费电子设备的情况下，音频增强系统可以被配置为增强使用者的音频体验，同时最小化功率使用量，因此延长了电池寿命，减少了板上热量产生，等等。 [0054] 变换器3,9是指诸如适于产生声音的扬声器的组件或设备。变换器3，9可以基于诸如电磁、热声、静电、磁致伸缩、带状、音频阵列、电活性材料等的许多不同技术中的一种。基于不同技术的变换器3,9可以需要替换的驱动器特性、匹配或滤波电路，但是这些方案不旨在改变本公开的范围。 [0055] 变换器模块5是指包括变换器9和电路7的子系统。电路7提供额外的功能性(例如，功率放大、能量转换、滤波、能量储存等)以使得在变换器模块5外部的驱动器能够驱动变换器9。在整个公开强调了电路7的一些非极限的例子(例如，无源滤波器电路、放大器、解复用器(de-multiplexer)、开关阵列、串行通信电路、并行通信电路、FIFO通信电路，电荷累积电路等)。 [0056] 输入音频信号1是指由外部音频源(例如，处理器、音频流设备、音频反馈设备、无线收发器、ADC、音频解码电路、DSP等)提供的一个或多个信号(例如，数字信号、一个或多个模拟信号、5.1环绕声信号、音频回放流等)。 [0057] 声波标记图是指影响消费电子设备所产生的声音的通过其设计所规定的消费电子设备的可听或可测量的声音特性。声波标记图受多种因素影响，这些因素包括其他许多因素之中的扬声器设计(例如，扬声器尺寸、内部扬声器元件、材料选择、布置、安全、覆罩等)，设备形状因数、内部组件布置、屏幕可操作区域和材料组成、外壳材料选择、硬件布局和装配考虑等。以牺牲消费电子设备的音频品质为代价，在设计过程中成本降低、形状因数约束、视觉吸引力和许多其他竞争因素获益。因此，设备的声波标记图会显著地偏离于理想响应。另外，在上述因素中的制造变化会显著影响各设备的声波标记图，进一步导致使使用者音频体验降级的部件到部件的变化。可以影响消费电子设备的声波标记图的因素的一些非限制性的例子包括：扬声器尺寸不足，其会限制再次产生低频所需的空气运动；隔膜后方声波密封空间不足，其会导致在音频谱的低端有较高的自然滚降频率；可用放大器功率不足；由于扬声器通常放置在电视机背面或在膝上型电脑下方，所以在隔膜和听者之间的间接音频通道，依靠到达听者的反射；除此以外的其他因素。 [0058] 图1a至图1f显示依照本公开的用于消费电子设备的音频增强系统10，110，110’，210，310，410的示意图的非限制性的例子。音频增强系统10，110，110’，210，310，410从源(例如，处理器、音频流设备、音频反馈设备、无线收发器、ADC、音频解码电路，DSP等)接受一个或多个输入音频信号1，并且将一个或多个输出信号50，150，250，350，450提供给一个或多个变换器3、或变换器模块5。音频增强系统10，110，110’，210，310，410包括单元(例如，PCP单元、DD单元、ASRC单元等)，其将输入音频信号1转换以产生输出信号50，150， 250，350，450。 [0059] 音频增强系统10，110，110’，210，310，410可以被嵌入到专用集成电路(ASIC)中或作为集成于片上系统集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、或数字信号处理器(DSP)集成电路中的硬件描述语言单元(例如VHDL、Verilog等)而设置。一个或多个单元(例如，PCP单元、ASRC单元等)还可以在消费电子设备上和/或关联的网络(例如，本底网络服务器，在云端等)中以软件实现。系统10，110，110’，210，310，410可以是全数字硬件实现。全数字实现可以有利于减小硬件占位面积，降低功耗，减少制造成本，并且增加系统可以在其中实现的集成电路工艺的数量。该实现可以被集成于消费电子设备，从而提供完整的音频增强解决方案。 [0060] 图1a显示包括参数可配置处理(PCP)单元20和数字驱动器(DD)单元40的用于消费电子设备的音频增强系统10的示意图。音频增强系统10可以被配置为从音频源接受一个或多个音频输入信号1。示意图中显示，PCP单元20可以被配置为接受输入信号1并且产生增强的信号30。增强的信号30可以被提供给DD单元40，DD单元配置为将其转换成适于驱动变换器3或变换器模块5的一个或多个输出信号50。 [0061] 图1b显示了包括异步采样率转换(ASRC)单元160、PCP单元120和DD单元140的用于消费电子设备的音频增强系统110的示意图。系统110被配置为从音频源接受一个或多个音频输入信号1。示意图中显示，ASRC单元160可以被配置为接受输入信号1并且产生转换的信号170。将转换的信号170提供给PCP单元120，PCP单元120依次配置为将其转换成增强的信号130。将增强的信号130提供给DD单元140，DD单元140可以被配置为由增强的信号130产生输出信号150。在系统110的输入和PCP单元120之间布置ASRC单元160可以有利于在存储器受限制的设备中使用。在此情况下，对于其余的处理，ASRC单元160可以允许不考虑输入音频信号1的采样率的单组参数的使用。放置在系统110的输入处的ASRC单元160还可以从输入音频信号1去除抖动，其有利于增强来自一些类型的输入源的声音。 [0062] 图1c显示了包括PCP单元120’、ASRC单元160’、和DD单元140’的用于消费电子设备的音频增强系统110’的示意图。系统110’被配置为从音频源接受一个或多个音频输入信号1。PCP单元120’被配置为接受输入信号1并且产生增强的音频信号130’，增强的音频信号130’被输送给ASRC单元160’。ASRC单元160’可以被配置为接受增强的音频信号130’并且产生经转换的增强的音频信号170’，经转换的增强的音频信号170’被输送给DD单元140’。DD单元140’可以被配置为产生用于驱动一个或多个变换器或变换器模块(未明确示出)的一个或多个输出信号150’。 [0063] 图1d显示了包括远程子系统212和集成子系统214的用于消费电子设备中的音频增强系统210的示意图。系统210从音频源接受一个或多个音频输入信号1。如图所示，远程子系统212包括PCP单元220并且可选地包括ASRC单元260。遥控子系统212将输入信号1接受进入ASRC单元206，ASRC单元206产生经转换的信号270，经转换的信号270被输送给PCP单元220。PCP单元220产生增强的音频信号230，其被传输到集成子系统214。如图1d所示，增强的音频信号230可以被无线地传输290到集成子系统214。增强的音频信号230可以在传输过程中被变换，因此可以将经修正的增强的音频信号230’提供给集成子系统214。集成子系统214可以被配置为将增强的音频信号230’接受到所包含的DD单元240。DD单元240产生适于驱动一个或多个变换器或变换器模块(未明确显示)的输出信号250。 [0064] 远程子系统212可以远离消费电子设备(例如，在云端，在本地服务器上，在网络计算机上，在路由器上等)实现。这可以有利于从消费电子设备的有限资源中卸载远程子系统212的计算需求。这还可以有利于通过音频流处理(例如，基于云的音频流服务)简化或定制使用者体验。在一个实例中，存储有音频流服务的使用者预置文件可以包括用于远程子系统212的参数，其适于优化在想要的消费电子设备上的音频输出。因此，在将增强的音频流230发送到消费电子设备上的集成模块214以用于回放之前，来自音频流服务的音频流1可以在远程子系统212中被远程地处理。 [0065] ASRC单元可以被配置有诸如低功率状态、高音频性能状态等的多种工作状态。ASRC单元可以被配置为从消费电子设备接受适于将ASRC单元置于可替换状态的控制信号(“低电”信号、“容量”信号等)。 [0066] 集成子系统214可以被集成于消费电子设备的硬件或软件方面。如图1d所示，集成子系统214可以包括DD单元240。集成子系统214还可以包括ASRC单元、PCP单元等以进一步为使用者增强音频体验，同时高效地将增强音频流1的大部分计算工作量卸载到远程子系统212。 [0067] 图1e显示了用于消费电子设备中的音频增强系统310的示意图。系统310包括或接受一个或多个参数372，374，376，通过该参数，内部单元360,320,340或系统310可以被配置为用于特定的消费电子设备。系统310被配置为从音频源(未明确显示)接受一个或多个音频信号1。如图1e所示，音频增强系统310包括ASRC单元360，其配置为接受音频输入信号1并且产生转换的信号370。将转换的信号370提供给PCP单元330，PCP单元330配置为产生增强的音频信号330。增强的信号330被输送给DD单元340，DD单元340配置为产生用于驱动一个或多个变换器或变换器模块(未明确显示)的一个或多个输出信号350。参数可以被集成于系统310中的任意单元320,340,360中(例如，如图所示，参数 372被集成于ASRC单元360中)。参数还可以被集成于一般的系统310中，并被任意在系统310中的单元320,340,360使用(例如，如图所示，参数374被集成于系统310中，以便由PCP单元使用)。参数可以被定位于系统310的外部，并且系统310可以被配置为接受一个或多个外部参数376，以便由系统310中的任意单元320,340,360使用(例如，接受外部参数376进入系统310以便由DD单元340使用)。 [0068] 可以在消费电子设备的设计、验证或测试过程中预配置参数372,374,376。可替换地，另外地，或相结合地，参数372,374,376可以在消费电子设备的制造、品质控制和/或测试过程中被预配置、调节或优化。可替换地，另外地，或相结合地，参数372,374,376可以在固件升级期间或通过软件更新过程被上载到消费电子设备。 [0069] 参数372,374,376可以取决于集成有该系统和/或系统可接口的消费电子设备的特定设计。对于特定消费电子设备、设备品牌、设备的系列产品(例如，笔记本产品系列、移动电话系列)，参数372,374,376可以取决于音频驱动器的质量、组件布局、扬声器、材料和装配考虑、壳体设计等。参数372,374,376还可以隐含地取决于在消费电子设备的其他设计因素中的诸如成本、视觉吸引力、形状系数、屏幕可操作区域、外壳材料选择、硬件布局、信号类型、通信标准和装配考虑的其他设计因素。 [0070] 参数372,374,376可以被合并于音频增强系统10,110,110',210,310,410中以在关联的消费电子设备上产生增强的音频体验。可替换地，参数372,374,376可以被用于优化系统10,110,110',210,310,410，其本质上被密切地集成于系统10,110,110',210,310,410的体系结构中以提供增强的音频体验。 [0071] 图1f显示了用于消费电子设备的音频增强系统410。音频增强系统410可以被配置为从音频源(未明确显示)接受一个或多个音频输入信号1并且将一个或多个输出信号450输送给一个或多个变换器或变换器模块(未明确显示)。音频增强系统410可以接受一个或多个控制信号420，该控制信号420可以被系统410中的任意单元使用。系统410可以被配置为将一个或多个反馈信号430提供给外部接受器(例如，音频源、外部处理器、网络等)。系统410还可以包括双向串行通信导管440。系统410可以包括用于解码和管理通信导管440的通信单元(未明确显示)。通信导管440可以被配置为提供用于在系统410和外部实体(例如，音频源、外部处理器、网络等)之间传送控制信号和/或反馈信号的通道。 [0072] 系统410可以包括一个或多个ASRC单元、PCP单元、DD单元等。系统410或任意其中的单元可以被配置为从音频源、管理程序、处理器等接受一个或多个控制信号420。系统410可以被配置为响应于控制信号以降低功耗，进入低功率状态，运行诊断测试等。控制信号420可以为系统410中的一个或多个单元提供服务(例如，时钟源、计时器、标记、控制位等)。 [0073] 系统410中的一个或多个单元在高效音频处理和高音频品质之间可以是可调整的。状态间调整的程度可以通过控制信号420设定。 [0074] 系统410可以包括反馈单元(未明确显示)，其配置为提供反馈信号430。可替换地，另外地，或相结合地，在系统410中的任意单元都可以被配置为提供一个或多个反馈信号430。可以将反馈信号430提供给音频信号源、管理程序、处理器、网络等。反馈信号430可以是关于隔膜运动或定位、扬声器驱动电流、电特性(例如，扬声器驱动电压、近DC阻抗、阻抗谱、其一部分等)、系统供电、扬声器温度、音频信号1的处理效率、单元或系统410的状况、在系统410中的一个或多个单元的功耗、变换器3,9特性(例如，语音线圈电阻、输入阻抗、阻抗谱、位移参数等)的变化的量化度量。反馈信号430可以包括适于调节和/或优化一个或多个参数372,374,376的信息。 [0075] 在各方案中，依照本公开的PCP单元可以包括包括观测器的非线性反馈控制系统，并且音频系统可以包括用于产生一个或多个反馈信号430的器件。观测器可以被配置为接受一个或多个反馈信号430或由反馈信号产生的信号，并且由一个或多个反馈信号430以及一个或多个控制信号产生一个或多个估计状态。在各方案中，观测器可以包括非线性观测器、滑模观测器、卡尔曼滤波器、自适应滤波器、最小均方自适应滤波器、递归增广最小二乘滤波器、扩展卡尔曼滤波器、集合卡尔曼滤波器、高阶扩展卡尔曼滤波器、动态贝叶斯网络。在一个非限制性的例子中，观测器可以包括用以产生一个或多个估计状态的无迹卡尔曼滤波器或无迹增广卡尔曼滤波器。 [0076] 在各方案中，依照本公开的音频增强系统可以包括保护单元，保护单元配置为分析一个或多个输入信号、反馈信号430、估计状态和/或控制信号，并且基于分析来修正控制信号，从而限制关联的变换器3,9的温度和/或语音线圈偏移。在各方案中，音频增强系统可以接受来自变换器3,9的电压和/或电流作为观测器的输入。 [0077] 在一个非限制性的例子中，在系统410中的DD单元可以包括用于分析附接到设备的变换器的阻抗的变换器诊断电路。系统410还可以包括音频传感器(例如，传声器)并且/或者与其通信，从而经由在生产期间的内联修正等，记录在诊断测试期间来自变换器的音频输出。在收到控制信号420时或在预定的间隔处，DD单元可以使用诊断电路对变换器执行诊断测试。诊断电路可以由对外部实体(例如，音频源、处理器、管理程序、网络等)的测试提供一个或多个有诊断数据、诊断结果等特性的反馈信号430。作为结果的反馈信号430可以与先前的诊断测试结果进行进一步分析和/或比较，以确定变换器3，9的状态。如果检测到变换器的属性的显著变化，则可以基于诊断测试结果、先前的诊断测试结果、在诊断测试期间变换器的音频输出等来更新参数372,374,376。如果更新的参数372,374,376与已经在系统410中的参数显著不同，则更新的参数372,374,376可以被上载到系统410。 [0078] 为了传送控制信号420、和/或反馈信号430，系统410可以进一步包括一个或多2 个通信导管440。通信导管440可以是模拟协议、IS、RS-232、RS-422、微传线(microwire)， 2 单总线(1-wire)、位拆裂(bit banging)、RS-423、RS-485、IC、SPI、UART、火线、以太网、MIDI、串行ATA、CAN、MOST总线体系结构等。 [0079] PCP单元20,120,220,320可以包括一个或多个传递函数，其将PCP单元20,120,220,320的引入信号与由PCP单元20,120,220,320产生的增强的音频信号 30,130,130',230,330相关联。PCP单元30,130,130',230,33可以包括并且/或被配置为接受影响一个或多个引入信号与一个或多个增强的信号30,130,130',230,330之间的传递函数的至少一部分的一个或多个参数372,374,376。PCP单元30,130,130',230,330可以包括用于存储一个或多个参数372,374,376的存储元件。可替换地，另外地，或相结合地，一个或多个参数374,376可以被设置在位置分离的存储元件中，在加电期间载入到PCP单元30,130,130',230,330，或直接硬件编码到系统的VHDL实现中。参数372,374,376可以从网络(例如，通过互联网，从云端等)载入。 [0080] PCP单元30,130,130',230,330可以被配置为提供诸如FIR滤波、IIR滤波、折曲FIR滤波、变换器伪迹去除、防干扰、使用者特定声学增强、头戴受话器声音形象化、使用者安全功能、情绪算法、心理声学增强、信号整形、单频带或多频带压缩、扩展器或限制器、水印叠合、频谱对照增强、频谱拓宽、频域掩蔽、量化噪声去除、电源抑制、交叠、均等化、放大、驱动器范围扩展器、功率最优化、线性或非线性反馈或前馈控制系统等功能。PCP单元30,130,130',230,330可以或独立或结合地包括一个或多个上述功能。一个或多个所包括的功能可以被配置为取决于一个或多个参数372,374,376。 [0081] 在方案中，PCP单元30,130,130',230,330可以被配置为提供回波消除、环境伪迹校正、混响减少、波束成形、自动校准、立体声拓宽、虚拟环绕声、虚拟中央扬声器、虚拟超低音(通过数字低音增强技术)、来自头戴式受话器的虚拟环绕声、噪声抑制、音响效果等。一个或多个所包括的功能可以被配置为取决于一个或多个参数372,374,376。 [0082] PCP单元30,130,130',230,330可以被配置为在音频信号1上施加环境声音效果，诸如通过用周围环境特征变换音频输入信号1(例如，调整混响、回波等)，并且/或通过对与环境设定(例如，现场事件、户外设定、音乐厅、教堂、俱乐部、丛林、购物中心、会议设定、电梯、冲突地带、飞机驾驶舱、百货公司无线电网络等)类似的音频输入信号1叠加环境声音效果。 [0083] 另外地，可替代地，或相结合地，PCP单元30,130,130',230,330可以被配置为接受并且响应于来自音频控制源、处理器或网络(例如，互联网、云端、LAN等)的基于位置的控制信号420。PCP单元30,130,130',230,330可以基于基于位置的控制信号420而改变环境声音效果。系统10,110,110',210,310,410可以包括适于存储环境声音效果的存储元件。系统10,110,110',210,310,410可以被配置为从音频信号源、处理器、网络等接收环境声音效果。 [0084] 环境声音效果可以包括诸如姓名、偏好等的关于使用者的具体信息。环境声音效果可以被用于安全地将个性化信息(例如，问候、产品特定信息、导引、水印、握手等)叠合于音频流中。 [0085] 根 据 本 公 开 的 包 括PCP 单 元20,120,220,320 的 音 频 增 强 系 统10,110,110',210,310,410可以被用于消费电子设备，消费电子设备或系统 10,110,110',210,310,410具有有限数量的扬声器3，9(例如，1个或2个)。系统 10,110,110',210,310,410可以被配置为接受5.1环绕声信号1，并且将其输送给PCP单元20,120,120',220,320。PCP单元20,120,120',220,320包括用于从5.1环绕声信号等产生虚拟中央扬声器和虚拟超低音并且将它们添加到5.1环绕声信号1上以形成增强的音频信号30,130,130',230,330的预配置功能。PCP单元20,120,120',220,320可以包括一个或多个虚拟声音处理功能从而进一步将必要的扬声器数量减少至2。PCP单元 20,120,120',220,320可以被配置为将增强的音频信号30,130,130',230,330输送给DD单元40,140,240,340，DD单元40,140,240,340被配置为产生适于驱动有限数量的扬声器的输出信号50,150,250,350,450。该实现可以有利于改进低成本且极其受限的消费电子设备的音频品质。 [0086] 任意或异步采样率转换器(ASRC)单元160,260,360可以在输入和PCP单元120之间(例如，如图1b所示)、在PCP单元120和DD单元140之间(例如，如图1c所示)集成于系统110,110',210,310,410中，或集成于PCP单元20,120,120',220,320或DD单元40,140,240,340中。ASRC单元160,260,360可以被配置为从音频信号源(例如处理器、音频流设备、音频反馈设备、无线收发器、ADC、音频解码器电路、PCP单元120等)接受任意采样率的一个或多个音频信号(例如，数字音频信号)，并且产生一个或多个具有不同采样率的转换的信号170,170',270,370。取决于特定的实现，ASRC单元160,260,360可以被配置为将一个或多个转换的信号170,170',270,370输送到PCP单元120,220,320(如图1b、图 1d和图1e所示)、DD单元140(如图1c所示)或在任一单元120,220,320,140内的元件。 放置在系统110输入处的ASRC单元160可以被配置为从输入音频信号1中去除抖动，其可以有利于增强来自一些类型的输入源的声音。 [0087] DD单元40,140,240,340可以包括脉冲宽度调制器(PWM)和/或信号转换子系统。DD单元40,140,240,340可以被预配置和/或预选择以驱动一系列的电声变换器(例如，电磁的、热声的、静电的、磁致伸缩的、带状的、阵列的，电活性材料的变换器等)。DD单元40,140,240,340可以被配置为将功率高效的PWM信号提供给变换器3,9或变换器模块7(例如，无源滤波器电路、放大器、解复用器、开关阵列、串行通信电路、并行通信电路、FIFO通信电路、电荷累积电路等)的输入。 [0088] 在各方案中，依照本公开的可以被配置为将输入信号转换为脉冲宽度调制(PWM)的输出信号的信号转换子系统可以包括：用于产生时钟信号的时钟源，和/或用于接受时钟信号的器件；载波发生器，其配置为产生具有载波信号频率的载波信号；交叉点剖面(CPS)单元，其包括CPS比较器以将载波信号与输入信号或源自输入信号的信号进行比较，从而基于比较和输入信号或源自输入信号的信号而产生触发信号；噪声整形器，其配置为减小触发的信号的位深以形成截断信号；以及PWM比较器，其配置为将截断信号和/或从截断信号产生的信号与载波信号进行比较以产生PWM输出信号。 [0089] 在各方案中，信号转换子系统可以包括采样率转换器以将输入信号重采样为具有大于载波信号频率的采样率的重采样信号，CPS比较器配置为接受重采样信号。 [0090] 在各方案中，采样率转换器可以包括：计数器，其配置为根据时钟信号和输入信号来产生计数差异信号；第一西格玛代尔塔单元(first sigma delta unit)，其配置为根据计数差异信号来计算时间校正值；重采样时钟发生器，其配置为根据时间校正值来产生一个或多个重采样时钟信号；和/或第二西格玛代尔塔单元，其配置为根据一个或多个重采样时钟信号和输入信号来产生重采样信号。 [0091] 在各方案中，噪声整形器可以被配置为将触发信号、输入信号和/或重采样信号上的噪声移位到大体上不可听的频带，以形成截断信号。噪声整形器可以包括n阶代尔塔-西格玛调制器，其配置为执行位深减小和/或噪声移位，其中n是正整数。噪声整形器可以包括听觉模型的阀值。 [0092] 在各方案中，载波发生器可以包括或被配置为接受相位校正参数，载波信号取决于该相位校正参数。该相位校正参数可以被配置成为载波信号设定初始值。 [0093] 在各方案中，信号转换子系统可以包括分析器，其配置为接受输入信号、重采样信号或由重采样信号产生的信号和/或外部输入，并且计算PWM控制信号，载波发生器、PWM比较器、和/或噪声整形器配置为接受PWM控制信号。分析器可以被配置为根据重采样信号或由重采样信号产生的信号的至少一部分来计算功率水平，PWM控制信号取决于该功率水平。分析器可以被配置为接受至少部分地代表从包括温度、湿度、声音级别、扬声器反馈(例如，语音线圈温度、阻抗、偏移等)、电压等级、变换器电流等级，扬声器外壳温度、扬声器外壳压力等级、和/或它们的合并的组选择的属性的外部输入。 [0094] 在各方案中，信号转换子系统可以包括：FIFO缓冲器，FIFO缓冲器与计数器和输入信号耦合，FIFO缓冲器配置为存储输入信号和计数差异信号的逐次采样；和/或平均单元，其与计数器或FIFO缓冲器和第一西格玛代尔塔环路耦合，平均单元配置为根据计数差异信号来计算平均计数差异信号，第一西格玛代尔塔环路配置为接受平均计数差异信号。 [0095] 在各方案中，信号转换子系统可以包括与重采样时钟发生器和第二西格玛代尔塔环路耦合的低通滤波器，低通滤波器配置为接受一个或多个重采样时钟信号和输入信号或去抖动信号，并且计算经滤波的中间信号，第二西格玛代尔塔环路配置为接受经滤波的中间信号。该低通滤波器可以是低通多相FIR滤波器。 [0096] 用于载波信号的波形的一些非限制性的例子包括锯齿形、之字形(zigzag和正弦形。 [0097] 在各方案中，采样率转换器可以被配置为将输入重采样为与时钟信号或源自时钟信号的信号同步的采样率。 [0098] 在各方案中，CPS单元可以包括配置为与载波信号同步更新触发信号的数据就绪功能(例如，诸如当载波信号处于最大值或最小值时等)。 [0099] PCP单元20,120,120',220,320可以包括取决于一个或多个参数372,374,376的功率优化功能。功率优化功能可以被配置为经由一个或多个参数372,374,376来优化从DD单元40,140,240,340到变换器3,9的功率传递。 [0100] 图2显示了包括有限脉冲响应(FIR)函数522、心理声学函数524,和限制函数534的参数化配置处理(PCP)单元520的非限制性的例子。在各方案中，PCP单元520可以包括一个或多个参数572,574,576，诸如集成于函数522中(例如，参数572集成于FIR函数522)，诸如集成于PCP单元520中以便由函数524使用(例如参数574)，以及设置在PCP单元520之外以便由PCP单元520内的一个或多个函数534使用(例如参数576)。PCP单元 520被配置为接受可以从在音频增强系统中的另一个单元或从外部音频源提供的输入信号 501。输入信号510提供给FIR函数522，FIR函数522产生预先心理信号526以及直通信号524。预先心理信号526可以包括适于心理声学修正的频谱内容，而直通信号524可以包括不适用或不必要于心理声学修正的频谱内容。预先心理信号526输入到心理声学函数 524。心理声学函数524输出用于输入到限制函数534的在后心理信号532。限制函数534接受在后心理信号532和直通信号524并且产生增强的信号530。增强的信号530退出PCP单元522以将输送给系统中的其他单元。 [0101] FIR函数522的非限制性的例子如下面的等式1所示： [0102] [等式1] [0103] 其中x[n]是输入信号501，y[n]是输出信号526，并且bi是滤波器系数，其可以至少部分地由参数572得到。FIR函数522有N阶。函数522的阶可以由参数572确定或预配置有实践值。FIR函数522还可以在输入信号501上实现真实低音增强。 [0104] 心理声学函数524一般改进感知低音(例如，心理声学低音(PAB))。心理声学函数524可以包括谐波泛音生成器(HOG)、延迟函数、高通滤波器和低通滤波器以及一个或多个放大器。HOG允许以失真为代价来增强感知低音。心理声学函数524的非限制性的例子可以包括与低通滤波的且HOG的信号通道平行的高通滤波的且延迟的信号通道，两个信号通道在输出被求和以形成在后心理信号532。HOG和心理声学函数528的至少一部分的设备特定方面可以由参数574确定。 [0105] 限制函数534为增强的信号530的振幅提供边界。限制函数534的属性可以被参数576至少部分地配置。限制函数534确保增强的信号530的振幅不超过安全操作极限，不进入非线性变换器范围等。限制函数534可以提供均衡器函数以针对变换器3,9的和/或变换器模块5的频谱性能的变化来补偿增强的信号530。 [0106] 图3显示了用于音频增强系统10,110,110',210,310,410的DD单元640的非限制性的例子。DD单元640包括调制模块642、开关模块646和可选的补偿器648。输入信号601被带到调制模块642，其产生一个或多个二进制信号644。将二进制信号644输入到开关模块646，开关模块646可以被配置为产生适于驱动一个或多个变换器和/或变换器模块(未明确显示)的输出信号650。比较器648可以被配置为将调制模块642和开关模块 646相接并且可以用于在变换器的异常低或异常高的占空比操作中调整调制的输出。DD单元620还包括可用于DD单元640或其中任意函数的一个或多个集成参数674，以及可用于DD单元640中的函数(例如，开关模块646)的一个或多个参数672。参数672,674可以用于调整DC偏移，去除变换器相关的异常，为补偿器648调整极端占空比性能值，补偿脉冲宽度误差或量化误差，配置非线性滤波效果(例如，模拟非线性LP效果，失真调整，总谐波失真，死时间效果等)，抑制电源干扰，调整控制信号的变化，提供反馈信号的校准等。 [0107] 调制模块642可以被配置为接受一个或多个输入信号601并且产生二进制信号644以驱动开关模块646。驱动模块642可以被配置为在数字域执行该操作从而节约电力和资源需求。调制模块642的纯数字实现可以被配置为接受数字输入音频信号601并且产生一个或多个二进制信号644。调制模块642可以实现脉冲宽度、脉冲密度、脉冲振幅、代尔塔-西格玛调制方案等。在模拟实施例中，二进制信号644可以通过将波动信号(例如，内部产生的正弦信号、锯齿状信号等)与输入信号601的引入值进行比较而产生。可以使用几种技术以执行该功能，这些技术包括其它技术之中的基于简单补偿的脉冲宽度调制(PWM)、脉冲密度调制、脉冲频率调制、滑模控制、自激振荡调制、或诸如西格玛-代尔塔调制的离散时间形式的调制。 [0108] 在各方案中，补偿器648可以提供诸如量化失真校正、噪声整形、扩展线性操作模式、补偿死时间等的多种形式的误差校正。 [0109] 开关模块646可以包括适于基于电压、电流、电荷等产生输出信号以驱动一系列的变换器技术的半桥或全桥推拉晶体管级。 [0110] 图4显示了异步采样率转换(ASRC)单元760的非限制性的例子。ASRC单元760包括有限脉冲响应(FIR)内插器766。FIR内插器766从外部单元或实体接受一个或多个输入信号701。FIR内插器766还可以接受控制信号703(例如，时钟信号)。FIR内插器766可以包括一个或多个参数776，参数776可以被用于内部补偿、FIR参数调整、非线性内插系数等。FIR内插器766产生一个或多个转换的音频信号770，转换的音频信号770可以被输送给在音频增强系统中的其他单元。 [0111] 在各方案中，ASRC单元760可以被配置为接受诸如时钟信号的控制信号703或产生内部时钟信号，所产生的时钟信号的采样率比输入信号701的采样率更高。ASRC单元760还可以包括用于确定输入信号701的采样率的采样率确定模块。采样率确定模块可以被用于确定输入信号701的采样率和内部产生的或提供的时钟的采样率之间的比率。当形成转换的信号770时，更高采样率的时钟一般用于在ASRC单元760内的内插函数766。 [0112] 在各方案中，依照本公开的采样率转换器(ASRC单元)可以被配置为将具有第一采样率的输入信号转换为具有输出采样率的重采样输出信号，并且该采样率转换器可以包括交叉激活单元，以及线性内插单元。交叉激活单元可以被配置为接受输入信号并且产生一个或多个重采样时钟信号以及去抖动信号。线性内插单元可以被配置为接受一个或多个重采样时钟信号和去抖动信号，并且以输出采样率产生重采样输出信号。 [0113] 在各方案中，交叉激活单元可以被配置为接受来自信号源(例如，模数转换器、信号处理器、SPDIF转换器、I2S转换器等的输出)的一个或多个输入信号(例如，数字信号、数字音频流、遥测信号等)并且产生一个或多个重采样时钟和去抖动信号。输入信号可以具有一个或多个关联的第一采样率。交叉激活单元还可以配置为接受和/或产生时钟信号(例如，系统时钟)。交叉激活单元可以被配置为产生一个或多个重采样时钟信号，重采样时钟信号由一个或多个输入信号结合时钟信号而产生。 [0114] 在各方案中，依照本公开，采样率转换器可以包括有限脉冲响应(FIR)滤波器模块。FIR滤波器模块可以被放置在交叉激活单元和线性内插单元之间。FIR滤波器模块可以被配置为由一个或多个重采样时钟信号和去抖动信号产生经滤波的中间信号。在各方案中，线性内插单元可以被配置为接受经滤波的中间信号，而非去抖动信号。 [0115] 在各方案中，重采样时钟信号的采样率可以是平均输入采样率的倍数(例如，整数倍、非整数倍、有理数非周期性可变倍数等)。 [0116] 在各方案中，重采样时钟信号可以被采样率转换器中的一个或多个单元(例如FIR滤波器模块、线性内插单元等)使用以执行采样率转换的各方面。重采样时钟信号还可以作为输出提供给其他系统(例如，进一步的信号处理、计时操作、参数计算、输入信号品质评估等)。 [0117] 在各方案中，交叉激活单元可以被配置为产生去抖动信号以及大体以第一采样率的平均值采样的关联的去抖动时钟信号。去抖动信号既可以有利于输入信号具有抖动、异步、不可靠或另外的可变采样率的应用，也有利于提出系统的信号处理方案上的高性能需求的应用。 [0118] 在各方案中，交叉激活单元可以包括计数器、FIFO缓冲器、平均单元、第一西格玛-代尔塔环路以及重采样时钟发生器。计数器可以被配置为在输入信号的相邻采样之间对时钟信号上的时钟周期计数以形成计数差异信号。FIFO缓冲器可以被配置为存储输入信号的样本和/或与输入信号的各采样相关联的计数差异信号的采样以便由交叉激活单元中的其他单元使用。平均单元可以被配置为计算计数差异信号的移动平均值以形成平均的计数差异信号。第一西格玛-代尔塔环路可以被配置为由平均计数差异产生应该在合意的重采样率下被插入采样之间的时钟周期的数量。重采样时钟发生器可以被配置为由第一西格玛-代尔塔环路的输出来构成一个或多个重采样时钟信号(例如，一个或多个中间时钟信号、去抖动时钟信号等)。另外地或结合地，去抖动时钟信号可以作为反馈使用，以在去抖动采样率下从FIFO缓冲器释放相应的输入采样。 [0119] 在一个非限制性的例子中，重采样时钟发生器可以包括多个抽取器以产生多个重采样时钟信号(例如，最高输出采样率的整数除法，最高输出采样率的非整数除法等)。 [0120] 在各方案中，去抖动时钟信号可以被反馈回FIFO缓冲器、平均单元和第一西格玛-代尔塔环路中，从而同步在交叉激活单元中的计算并且提供比从输入信号可用的更稳定的比率。该方法可以有利于通过实质上去除会沿信号处理系统传递的抖动诱发的误差传播而改进系统性能。 [0121] 在各方案中，平均单元可以包括移动平均滤波器、矩形波串滤波器等。该滤波器可以被配置为起作用从而从计数差异信号去除可变性，产生代表第一采样率和时钟信号之间的关系的稳定数值。 [0122] 在各方案中，平均单元可以包括有非同式DC增益调整的平均函数以产生计数差异信号的非同式表现(non-unity representation)。这种安排可以适于在一个或多个重采样时钟信号上形成非整数重采样率。可调增益还可以充当交叉激活单元的其他元件(例如，FIFO缓冲器)的反馈控制信号。在一个非限制性的例子中，平均单元可以包括具有可调增益参数的移动平均滤波器。FIFO缓冲器可以包括与FIFO缓冲器的填充等级成比例的填充值。可调增益参数可以可控制地与填充值关联。因此，去抖动采样率可以随FIFO缓冲器的填充等级而变化，可以确立参数之间的关系使得系统自稳定，使得在操作期间，FIFO缓冲器填充到中点并且保持在中点。 [0123] 第一西格玛-代尔塔环路可以包括一个或多个适于修正计数差异值或平均计数差异值的重采样时间修正值的参数。在一个非限制性的例子中，第一西格玛代尔塔环路可以包括诸如2的幂(例如，16)的整数值参数。在另一个非限制性的例子中，第一西格玛-代尔塔环路可以包括非周期性的、可能的随机数发生器(例如，伪随机高斯噪声发生器)。这种构造可以有利于产生扩展频谱采样率。 [0124] 在各方案中，交叉激活单元可以包括布置为形成一系列多率重采样信号、非整数重采样信号等的上述元件(例如，FIFO缓冲器、西格玛-代尔塔环路、平均单元等)中的多个。 [0125] 在各方案中，交叉激活可以进一步包括抽取单元，其用于下采样信号以产生具有小于输入信号采样率的采样率一个或多个重采样时钟信号。 [0126] 在各方案中，交叉激活可以适合同时管理去抖动和/或用于多个异步输入信号的重采样时钟信号的产生。这种构造可以有利于传感器融合应用，在这样的应用中必须在由一系列传感器输入获得的多个潜在地多率输入信号之间保持共相位延迟。 [0127] 在各方案中，有限脉冲响应(FIR)滤波器模块可以被配置为接受一个或多个重采样时钟信号和去抖动信号。FIR滤波器模块可以被配置为以相应于一个重采样时钟信号的中间采样率产生经滤波的中间信号。FIR滤波器模块可以包括FIR滤波器，其以相应于一个重采样时钟信号的采样率对去抖动信号进行采样。FIR滤波器可以被配置为低通滤波器、带通滤波器等。在一个非限制性的例子中，FIR滤波器可以实现为计算高效的多相FIR滤波器。 [0128] 在各方案中，FIR滤波器可以是自适应和/或可重构滤波器，其属性可以通过外部系统、通过自适应算法，参数设定等进行调整。可重构滤波器参数可以实时潜在地被存储在采样率转换器和/或被外部地或内部地更新。 [0129] 在各方案中，重采样时钟信号发生器可以被配置为接受来自外部源的可重构参数。可替换地，相结合地，或另外地，重采样时钟发生器可以包括非周期率转换元件(例如，伪随机数字发生器等)。非周期率转换元件可以被用于产生扩展频谱采样率等。该方案可以有利于降低由采样系统等可操作地发出的电磁辐射峰值。 [0130] 在各方案中，FIR滤波器可以以硬件描述语言(HDL)实现以提供具有隐含可变化精度的结构。HDL实现可以有利于将采样率转换器简单包括在信号处理专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)，现场可编程门阵列(FPGA)等中。 [0131] 在一个非限制性的例子中，FIR滤波器可以包括有助于从上采样输入信号中去除混叠伪迹(aliasing artifact)的逆系统模型的各方面以及低通功能。这种FIR滤波器构造可以有利于用实质上最小化的相位延迟、改进计算效率等实现补偿函数。 [0132] 在各方案中，线性内插单元可以被配置为接受一个或多个重采样时钟信号以及去抖动信号或经滤波的中间信号。线性内插单元可以被配置为以输出采样率产生重采样输出信号。线性内插单元可以包括滤波器元件以从重采样为输出采样率之后的信号去除混叠伪迹。 [0133] 在一个非限制性的例子中，线性内插单元可以包括第二西格玛代尔塔环路，其配置为从经滤波的中间信号的关联的和/或相邻的样本产生连续的输出样本。西格玛代尔塔环路根据重采样时钟信号和经滤波的中间信号的采样率来计算校正信号。一般而言，校正信号包括整数部分和余数部分。在输出采样率的各周期上，将校正信号的整数部分与先前的重采样输出信号样本相加以形成当前的重采样输出信号样本，而将余数部分加回到校正信号中以随时间推移保持转换过程的完整性。 [0134] 然后，具有关联的输出采样率的相应的重采样输出信号可以从采样率转换器输出以用于信号处理系统中的任何地方，转移到PWM模块、变换器驱动电路等。 [0135] 图5a显示了具有集成音频增强系统10,110,110',210,310,410的消费电子设备811(例如，智能手机)。显示的是消费电子设备881在操作期间产生音频输出814。可以在设计过程、制造过程、验证过程等期间测试消费电子设备881以确定其声波标记图。 [0136] 图5b显示了具有或不具有集成音频增强系统10,110,110',210,310,410的消费电子设备811的音频输出814的频率响应测试之间的比较。该图显示了对数线性频率响应曲线，其具有沿水平轴的频率以及沿垂直轴的音频输出814的振幅，以分贝为单位。曲线821表示未经增强的消费电子设备811的频率响应。增强的音频频谱822显示具有集成音频增强系统0,110,110',210,310,410的消费电子设备811的频率响应。如图所示，音频增强系统0,110,110',210,310,410使频率响应达到平稳，同时扩展频率响应的低音范围(例如，更低频率范围)。这些来自在消费电子设备811的在音频输出814方面的改进可以有利于改进使用者体验，降低部件到部件的可变性，并且用于使在消费电子设备811上运行的音频应用标准化。 [0137] 图5c显示了具有和不具有集成音频增强系统10,110,110',210,310,410的消费电子设备811的音频输出814的脉冲响应测试之间的比较。为清晰起见，该图显示了两个沿垂直轴相互偏移的脉冲响应823,824。响应时间精确到毫秒，其沿水平轴显示。沿垂直轴显示了放置在消费电子设备811的声场中的音频测试输入(例如，传声器)的振幅。用于消费电子设备814的初始脉冲响应823展示了不太理想的曲线。增强的脉冲响应824显示了用于消费电子设备811的更理想的响应。 [0138] 通过分析消费电子设备811的频率响应、脉冲响应等，可以用来计算用于消费电子设备的声波标记图。能够从声波标记图得到用于音频增强系统10,110,110',210,310,410的最佳补偿参数。然后声波标记图能够在音频增强系统10,110,110',210,310,410中被补偿，从而产生增强的音频输出821。声波标记图还可以被用来从音频增强系统10,110,110',210,310,410中得到一个或多个参数，从而提供另一种用于补偿消费电子设备的声波标记图的手段。 [0139] 图6a和图6b显示了用于增强消费电子设备的音频输出的方法902,912的非限制性的例子。 [0140] 图6a显示了用于增强消费电子设备的音频性能的方法902。方法902包括：确定用于可配置音频处理系统的一组参数904；用参数906来优化和/或公式化音频处理系统；以及将优化的音频处理系统集成于消费电子设备908中。 [0141] 通过在包括一个或多个音频传感器的测试间(例如，无回音测试间)分析消费电子设备并且结合分析来运行配置算法以预配置并且确定用于可配置音频处理系统的优化参数，可以确定和/或优化参数。可以通过分析过程的重复而迭代地确定参数。 [0142] 用于增强消费电子设备(CED)811的音频性能的方法的非限制性的例子包括：将包括音频信号源、一个或多个变换器以及音频增强系统(AES)10,110,110',210,310,410的消费电子设备811放置于无回音间，其中多个音频传感器(例如，传声器)在空间上并且可选地、有策略地被安排在无回音间中和/或CED811(例如，在手持式CED811上的传声器)上或CED811中。一系列测试音频信号(例如，脉冲信号、频率扫描、音乐剪辑、伪随机数据流等)可以被在消费电子设备811上播放并且通过音频传感器监控。在初始测试中，音频增强系统10,110,110',210,310,410可以大体包括未补偿失真函数(过零状态，由此音频增强系统10,110,110',210,310,410被配置使得大体上不影响穿过CED811的音频信号路径)。在初始测试过程期间，未补偿失真函数可以作用以最低程度地影响CED811的声波标记图。 [0143] 可以通过音频传感器来测量CED811在测试音频信号上的效果。能够根据具有来自音频传感器的相应测量信号的测试音频信号的交叉相关来估计CED811声波标记图。为了进一步改进估计过程，在无回声间中的每个元件的声波标记图可以被估计(包括任意音频传感器，消费电子设备的安装装置，任意测试导线或线缆对消费电子设备的影响等)并且之后针对上述分析进行补偿。因此，可以获得声波标记图以及CED811对测试音频信号全音阶的声波响应的更真实表示。 [0144] 然后，音频增强系统10,110,110',210,310,410传递函数可以参数化配置以补偿CED811的声波标记图。用于根据CED811的声波标记图计算音频增强系统传递函数的一个非限制性的方法是基于CED811的估计的声波标记图来实现时域逆有限脉冲响应(FIR)滤波器。这可以通过执行AES10,110,110',210,310,410传递函数与CED811对音频输入信号的声波响应的一个或多个卷积而实现。平均算法可以用于根据跨多个源测量的输出和/或多个测试音频信号来优化AES10,110,110',210,310,410的传递函数。 [0145] 在一个非限制性的例子中，可以根据最小二乘(LS)时域滤波器设计方法来计算补偿传递函数。如果c(n)是要被校正的系统响应(诸如脉冲响应测试的输出)并且补偿滤波器被表示为h(n)，那么能够将c(n)的卷积矩阵C构造成如等式2所概述的： [0146] [等式2] [0147] 其中Nc是响应c(n)的长度。C具有与和响应进行卷积计算的h(n)长度相等的列数。假设序列h具有由Nh表示的长度，则C的行数等于(Nh+Nc-1)。然后，使用确定性最小二乘(LS)法比较合意的响应，(在非限制性的例子中，被定义为克罗内克代尔塔函数δ(n-m))，那么能够如等式3概述的表达LS最优反向滤波器： [0148] h(n)＝(CTC)-1CTam [等式3] [0149] 其中am(n)是零的列向量，1在m阶位置以产生建模延迟。然后，能够使用一系列的计算方法根据等式3来计算补偿滤波器h(n)。 [0150] 在另一个非限制性的例子中，可以通过随后用更新的传递函数在CED811上运行测试音频信号和用音频传感器监控CED811的修正的声波标记图而迭代地确定AES10,110,110',210,310,410的参数可配置传递函数。直到获得了CED811的最优修正的声波标记图之前，可以实现最小二乘优化算法以迭代地更新在测试簇(test regiment)之间的传递函数。另外，最优化技术的非限制性的例子包括非线性最小二乘、L2范数、平均1相关估计器(AODE)、卡尔曼滤波器、马尔可夫模型、反向传播人工神经网络、贝斯叶网络、基底函数(basis function)、支持向量机、k最近邻算法、基于案例推理、决策树、高斯过程回归、模糊信息网络、回归分析、自组织映射、逻辑回归、时间序列模型(诸如自动回归模型、移动平均数模型、自动回归集成移动平均数模型、分类和回归树、多元自适应样条回归)，等等。 [0151] 由于CED811的声波标记图的空间本质，最优化过程可以被配置，从而使理想系统响应与在CED811的声场中的几个位置处测量到的实际系统响应之间的误差最小化。经由音频传感器获得的多通道数据可以使用传感器融合法进行分析。在许多实际情况中，CED811的使用情况可以适当地详细说明(例如，使用者关于设备的位置，在环境中设备的放置等)并且因此能够构思出适合的空间加权方式，从而在相应于合意的使用情况的声场的特定区域中优先CED811的音频响应。在一个非限制性的例子中，在该测试期间，在笔记本电脑屏幕的正面视觉范围中的声波响应可以比在笔记本电脑屏幕的背面的测量到的声波响应更好。这样，更加优化的声波增强系统10,110,110',210,310,410可以被公式化以适合CED811的特殊使用情况。 [0152] 图6b显示了用于增强消费电子设备中的音频的方法912的非限制性的例子。方法912包括：将可配置音频增强系统集成于消费电子设备中914；在制造、验证或最终测试过程中测试消费电子设备916；以及更新消费电子设备中的音频增强系统918。 [0153] 可以在自动化测试单元中测试916消费电子设备。自动化测试单元和/或连接的处理器可以在消费电子设备上运行诊断测试并且记录在诊断测试期间获得的来自设备的音频输出。可以使用从诊断测试获得的数据产生对音频增强系统的更新，并且自动化测试单元可以更新消费电子设备上的音频增强系统918。 [0154] 方法912可以包括将优化的音频处理系统硬编码到硬件描述语言(HDL)实现中。HDL实现可以有利于简化音频处理和增强系统与现有处理器和/或消费电子设备上的硬件的集成。HDL实现还可以有利于对音频处理系统中的参数进行加密和保护。 [0155] 图7显示了用于将音频增强系统(AES)集成于消费电子设备中的方法的非限制性的例子。该方法包括：确定音频增强系统的参数952；优化音频增强系统954；将音频增强系统硬编码956到硬件描述语言(HDL)实现中；以及将音频增强系统集成于消费电子设备中964。该方法可以包括优化AES的功率使用958、优化AES的占位面积960，和/或对于既定半导体制造工艺优化硬编码实现962的步骤。 [0156] 该方法可以包括优化用于降低功率958、减小占位面积960或集成于特定半导体制造工艺中(例如，13nm-0.5μm CMOS、CMOS-Opto、HV-CMOS、SiGe BiCMOS等)962的HDL实现。这可以有利于为消费电子设备提供增强的音频体验而不显著地影响功耗或不对已经受限的设备增加大的硬件或成本。 [0157] 应该理解的是，附加的优点和修改对本领域的技术人员来说是容易想到的。因此，在此呈现的公开和公开的宽泛的方案并不限于在此显示和描述的具体细节和代表性实施例。因此，可以包括许多修改、等同布置和改进，而不偏离如随附的权利要求及其等同内容限定的总的发明构思的精神或范围。 |
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