CN101345538B - 调频音频转换装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种音频转换装置与方法，可运用粗调与微调频率的方式，提高调频(FM)发射器的发射频率的分辨率，并缩小FM发射器的体积。所述的音频转换装置包含数字频率转换单元、讯号转换单元与模拟频率转换单元。数字频率转换单元将第一数字音频讯号转换为第二数字音频讯号，其频率根据第一频率转换参数决定。讯号转换单元将第二数字音频讯号转换为模拟音频讯号。模拟频率转换单元则根据第一频率讯号产生第二频率讯号，并根据第二频率讯号与模拟音频讯号，产生具有预定频率的音频传输讯号；其中，第二频率讯号的频率根据第一频率讯号的频率与第二频率转换参数决定，音频传输讯号的所述的预定频率根据第二频率讯号与模拟音频讯号两者的频率决定。

Description

调频音频转换装置与方法

技术领域

本发明涉及的是一种音频转换(audio conversion)技术，尤指一种适用于调频发射器(FM transmitter)的音频转换装置与方法。

背景技术

近年来，FM发射器的应用日见广泛。例如，在汽车中，通过将FM发射器连接到数字音乐播放器，例如iPOD播放器，便能利用汽车本有的FM音响设备，收听数字音乐播放器所播放的音乐。然而，现有的FM发射器主要有两种缺点：其一，其发射频率的分辨率不足，使得实际可用的发射频率不足，易与一般FM广播频率重迭；其二，体积过大，造成使用上的不便。

发明内容

有鉴于此，本发明的一个目的，在于提供一种音频转换装置与方法，可运用粗调与微调频率的方式，提高FM发射器的发射频率的分辨率。

本发明的另一目的，在于提供一种音频转换装置与方法，可缩小FM发射器的体积。

本发明公开一种音频转换装置，包含：一数字频率转换单元，用以将第一数字音频讯号转换为第二数字音频讯号；一讯号转换单元，耦接至数字频率转换单元，用以将第二数字音频讯号转换为一模拟音频讯号；以及一模拟频率转换单元，耦接至讯号转换单元，用以根据第一频率讯号产生第二频率讯号，并根据第二频率讯号与所述的模拟音频讯号，产生一具有一预定频率的音频传输讯号，其中，第二数字音频讯号的频率是根据第一频率转换参数决定；而第二频率讯号的频率是根据第一频率讯号的频率与第二频率转换参数而决定，使得所述的预定频率是根据第二频率讯号的频率与所述的模拟音频讯号的频率而决定。

本发明另外公开一种音频转换方法，其包含：将第一数字音频讯号转换为第二数字音频讯号，其中第二数字音频讯号的频率是根据第一频率转换参数决定；将第二数字音频讯号转换为一模拟音频讯号；根据第一频率讯号产生第二频率讯号，其中第二频率讯号的频率是根据第一频率讯号的频率与第二频率转换参数而决定；以及根据第二频率讯号与所述的模拟音频讯号，产生一具有一预定频率的音频传输讯号，其中所述的音频传输讯号的预定频率是根据第二频率讯号的频率与所述的模拟音频讯号的频率而产生。

本发明也公开一种音频转换方法，其包含：直接数字合成一数字音频讯号，以微调其频率；将经过微调的数字音频讯号转换为一模拟音频讯号；根据一频率讯号以锁相产生一粗调讯号；以及以所述的粗调讯号混频所述的模拟音频讯号，以产生一具有预定频率的音频传输讯号。

附图说明

图1是根据本发明的一较佳实施例绘示的音频转换装置的方块图；

图2是根据本发明的另一较佳实施例绘示的音频转换装置的方块图；

图3是根据本发明的一实施例，绘示一应用图1的音频转换装置的FM发射器的方块图；

图4是根据本发明较佳实施例的音频转换方法的流程图；

图5是根据本发明另一较佳实施例的音频转换方法的流程图。

图式的图号说明：10、20-音频转换装置；11、21-数字FM调变单元；12-数字频率转换单元；121-直接数字合成器；13-讯号转换单元；131-数字至模拟转换器；132、211、212-低通滤波器；14、24-模拟频率转换单元；141-锁相回路；1411-相位侦测器；1412-回路滤波器；1413-压控振荡器；1414、143-除频器；142-混频器；213、216-加法器；214-减法器；215-数字调变器；30-FM发射器；31-数字讯号处理器；32-内存；33-天线；40～46-音频转换方法的一较佳实施例的流程；50～53-音频转换方法的另一较佳实施例的流程。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

图1是根据本发明的一较佳实施例绘示的音频转换装置10的方块图。在此实施例中，音频转换装置10可将数字音频讯号转换为FM频带的音频传输讯号，例如76～108MHz，供FM传输用。音频转换装置10可根据第一频率转换参数与第二频率转换参数，执行数字频率转换与模拟频率转换，以将数字音频讯号转换为FM频带中的预定频率的音频传输讯号。音频转换装置10包含一数字FM调变单元11、一数字频率转换单元12、一讯号转换单元13与一模拟频率转换单元14。数字FM调变单元11接收一数字音频输入讯号，以数字方式将所述的数字音频输入讯号调变为第一数字音频讯号输出，所述的第一数字音频讯号为FM格式的FM音频讯号，其可为立体声(stereo)讯号或单声道(mono)讯号。数字频率转换单元12包含一直接数字合成器(direct digital synthesizer，简称DDS)121，可将数字FM调变单元11输出的FM音频讯号转换为第二数字音频讯号，其频率fD是根据第一频率转换参数N1决定，举例而言，可设定直接数字合成器121用以调整频率的一步长(step size)，而第二数字音频讯号的频率fD即为第一频率转换参数N1与所述的步长的乘积，也即，当N1的值增减一时，fD即增减所述的步长，而直接数字合成器121的工作原理应为熟习此技术领域者所熟知，在本说明书中不再赘述。

讯号转换单元13包含一数字至模拟转换器(digital-to-analog converter)131与一低通滤波器132。数字至模拟转换器131可将数字频率转换单元12输出的第二数字音频讯号转换为一模拟音频讯号，低通滤波器132则对所述的模拟音频讯号执行一低通滤波。

模拟频率转换单元14包含一锁相回路(phase locked loop，简称PLL)141与一混频器(mixer)142。锁相回路141可根据第一频率讯号，产生第二频率讯号。如图1所示，锁相回路141包含一相位侦测器(phase detector)1411、一回路滤波器(loopfilter)1412、一压控振荡器(voltage controlled oscillator，简称VCO)1413与一除频器(frequency divider)1414。第一频率讯号S1是送入相位侦测器1411，而经锁相回路141所产生的第二频率讯号S2，在经由除频器1414除频后(除以第二频率转换参数N2)，回授送入相位侦测器1411，使得第二频率讯号S2的频率等于第一频率讯号S1的频率与第二频率转换参数N2两者的乘积。

混频器142分别从VCO1413与低通滤波器132接收第二频率讯号S2与经过低通滤波的模拟音频讯号，将两者混频相加，以产生一音频传输讯号，即音频传输讯号的频率为第二频率讯号S2的频率与模拟音频讯号的频率fD两者之和。

音频转换装置10中，模拟频率转换单元14是执行音频传输讯号的频率的粗调，也即，第二频率转换参数的值每增减一时，音频传输讯号的频率的增减幅度较大，增减幅度即为第一频率讯号的频率值。例如，当第一频率讯号为1MHz时，音频传输讯号的频率会随着第二频率转换参数增减一而增减1MHz。另一方面，数字频率转换单元12是执行音频传输讯号的频率的微调，因此直接数字合成器121的步长设定为较小值，如0.01M，也即音频传输讯号的频率会随着第一频率转换参数增减一而增减0.01MHz。通过粗调与微调，可提高音频传输讯号的频率的分辨率，也即，可产生还精细的音频传输讯号的频率，例如精度为0.01M的频率，以避开已经被占用的频道。

图2是根据本发明的另一较佳实施例绘示的音频转换装置20的方块图。音频转换装置20包含数字FM调变单元21、数字频率转换单元12、讯号转换单元13与模拟频率转换单元24。数字FM调变单元21接收数字音频输入讯号，包含一数字左声道讯号L与一数字右声道讯号R，在分别经过截止频率(cut-off frequency)为15kHz的低通滤波器211与212后，送入加法器213与减法器214，以分别产生一左加右声道讯号(L+R)与一左减右声道讯号(L-R)，后者再送入中心频率为38kHz的数字调变器215进行数字调变。接着，所述的左加右声道讯号、调变后的左减右声道讯号与一19kHz的频率讯号三者送入加法器216，以产生FM格式的FM音频讯号，输出至数字频率转换单元12。图2中，数字频率转换单元12与讯号转换单元13的运作与在图1中类似，此处不再赘述。

在此实施例中，较佳地，在模拟频率转换单元24中可采用较高频率的第一频率讯号，以使锁相回路141中的回路滤波器1412的频宽变大，而其RC时间常数随的变小，因此可选择较小的电容值来实现回路滤波器1412。回路滤波器1412所需的电容值变小，其所需的IC面积即可变小，以利将音频转换装置20整合在单一集成电路(IC)或单一芯片中，以缩小音频转换装置20的体积，连带使FM发射器30的体积变小。不过，应注意到第一频率讯号的频率较高，也易使得模拟频率转换单元24执行频率粗调的步长过大。因此，模拟频率转换单元24在混频器142与VCO1413间可增设一除频器143，以减少频率粗调的步长。举例而言，若第一频率讯号为4MHz，则除频器143可为四倍数的除频器，如此，频率粗调的步长仍可维持1MHz。

图1与图2的音频转换装置10与20可应用在FM发射器(FM transmitter)中，其如图3所示，FM发射器30除了音频转换装置10(或音频转换装置20)外，还包含一数字讯号处理器(DSP)31、一内存32与一天线33。数字讯号处理器31可从内存32读取数字音频数据，例如但不限于MP3、WMA、WAV等格式，经适当处理以产生前述的数字音频输入讯号，送入音频转换装置10。内存32可为内建的随机存取内存(RAM)、闪存(flash memory)或外接的储存装置，例如但不限于快闪记忆卡，而随机存取内存较佳地搭配外接快闪记忆卡运作，例如应用在手机的外接快闪记忆卡，供使用者非挥发性储存喜爱的音乐曲目。数字讯号处理器31可根据FM发射器30要发射的预定频率，由使用者所设定的频率，决定第一频率转换参数与第二频率转换参数，送至音频转换装置10。音频转换装置10根据第一频率转换参数与第二频率转换参数，将数字音频输入讯号转换为所述的预定频率的音频传输讯号，再由天线33发射出去。

以下叙述如何根据FM发射器30要发射的预定频率，来决定第一频率转换参数N1与第二频率转换参数N2。假设预定频率为fTX，直接数字合成器用以调整频率的步长为S，第一频率讯号与第二频率讯号的频率分别为f1与f2，则

fT＝f2+fD＝N2*f1+N1*S

N2＝INT((fTX-fD)/f1)＝INT(fTX/f1)式(1)

N1＝(fTX-N2*f1)/S式(2)

其中，式(1)的INT函数表示取整数，而由于fD属频率微调部分，远小于预定发射频率fTX，故相较在fTX可忽略不计。已知fTX、f1与S，则可通过式(1)与式(2)决定N1与N2。

举例而言，若fTX为76.1MHz，f1为1MHz，S为0.01MHz，则

N2＝INT(76.1/1)＝76

N1＝(76.1-76*1)/0.01＝10

对于FM频带中，FM发射器30可用的每个发射频率，可利用前述方式决定出对应的第一与第二频率转换参数，如下表一所示，其仅例示部分的发射频率。较佳地，可将每个可用的发射频率及其对应的第一与第二频率转换参数储存成一查询表(look up table)，内建在图3的数字讯号处理器31或内存32中，以供数字讯号处理器31根据预定的发射频率来查询，并将查询所得的第一与第二频率转换参数送至音频转换装置10。

表一

图4是根据本发明较佳实施例的音频转换方法的流程图，包含下列步骤：

步骤40：根据一预定频率，决定第一频率转换参数与第二频率转换参数；

步骤41：将一数字音频输入讯号数字频率调变为第一数字音频讯号，其中第一数字音频讯号为FM格式的一FM音频讯号；

步骤42：将所述的FM音频讯号转换为第二数字音频讯号，其中第二数字音频讯号的频率是根据第一频率转换参数决定；

步骤43：将第二数字音频讯号转换为一模拟音频讯号；

步骤44：对所述的模拟音频讯号执行一低通滤波；

步骤45：根据第一频率讯号产生第二频率讯号，其中第二频率讯号的频率是根据第一频率讯号的频率与第二频率转换参数的乘积而决定；

步骤46：根据第二频率讯号与经过所述的低通滤波的模拟音频讯号，产生一具有所述的预定频率的音频传输讯号，其中所述的音频传输讯号的所述的预定频率是根据第二频率讯号的频率与所述的模拟音频讯号的频率而产生；

图5是根据本发明另一较佳实施例的音频转换方法的流程图，包含下列步骤：

步骤50：直接数字合成一数字音频

讯号以微调其频率；

步骤51：将经过微调的数字音频讯号转换为一模拟音频讯号；

步骤52：根据一频率讯号以锁相产生一粗调讯号；

步骤53：以所述的粗调讯号混频所述的模拟音频讯号，以产生具有一预定频率的音频传输讯号；

在步骤40与步骤53中，可选取FM频带中的频率作为所述的预定频率，以使图4与图5的流程可应用在FM发射器中。。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种调频音频转换装置，其特征在于：其包含：

一数字频率转换单元，用以将一第一数字音频讯号转换为一第二数字音频讯号，其中所述的第一数字音频讯号是一调频音频讯号；

一讯号转换单元，耦接至所述的数字频率转换单元，用以将所述的第二数字音频讯号转换为一模拟音频讯号；以及

一模拟频率转换单元，耦接至所述的讯号转换单元，用以根据一第一频率讯号产生一第二频率讯号，并根据所述的第二频率讯号与所述的模拟音频讯号，产生一具有一预定频率的音频传输讯号，音频传输讯号由天线发射出去；

其中，所述的第二数字音频讯号的一频率是根据一第一频率转换参数决定的；而所述的第二频率讯号的一频率是根据所述的第一频率讯号的一频率与一第二频率转换参数而决定的，使得所述的预定频率是根据所述的第二频率讯号的所述的频率与所述的模拟音频讯号的一频率而决定的，所述的第二频率讯号的所述的频率是根据所述的第一频率讯号的频率与所述的第二频率转换参数的一乘积而决定。

2.根据权利要求1所述的调频音频转换装置，其特征在于：还包含：

一数字调频调变单元，用以将一数字音频输入讯号调变为所述的调频音频讯号。

3.根据权利要求1所述的调频音频转换装置，其特征在于：所述的音频转换装置是整合成一单一集成电路。

4.根据权利要求1所述的调频音频转换装置，其特征在于：所述的数字频率转换单元包含一直接数字合成器。

5.根据权利要求1所述的调频音频转换装置，其特征在于：所述的模拟频率转换单元包含：

一锁相回路，用以根据所述的第一频率讯号锁相产生所述的第二频率讯号。

6.根据权利要求1所述的调频音频转换装置，其特征在于：所述的模拟频率转换单元包含：

一混频器，用以根据所述的第二频率讯号与所述的模拟音频讯号，产生所述的音频传输讯号。

7.根据权利要求1所述的调频音频转换装置，其特征在于：所述的第一频率转换参数与所述的第二频率转换参数是根据所述的预定频率而决定。

8.根据权利要求1所述的调频音频转换装置，其特征在于：所述的数字频率转换单元是用以微调所述的音频传输讯号的所述的频率，所述的模拟频率转换单元用以粗调所述的音频传输讯号的频率。

9.一种调频音频转换方法，其特征在于：其包含下列步骤：

将一第一数字音频讯号转换为一第二数字音频讯号，其中所述的第二数字音频讯号的一频率是根据一第一频率转换参数决定，其中所述的第一数字音频讯号是一数字的调频音频讯号；

将所述的第二数字音频讯号转换为一模拟音频讯号；

根据一第一频率讯号产生一第二频率讯号，其中所述的第二频率讯号的一频率是根据所述的第一频率讯号的一频率与一第二频率转换参数而决定；以及

根据所述的第二频率讯号与所述的模拟音频讯号，产生一具有一预定频率的音频传输讯号，其中所述的音频传输讯号的预定频率是根据所述的第二频率讯号的频率与所述的模拟音频讯号的一频率产生，所述的第二频率讯号的所述的频率是根据所述的第一频率讯号的所述的频率与所述的第二频率转换参数的一乘积而决定。

10.根据权利要求9所述的调频音频转换方法，其特征在于：还包含：

将一数字音频输入讯号数字调变为所述的数字的调频音频讯号。

11.根据权利要求9所述的调频音频转换方法，其特征在于：在将所述的第一数字音频讯号转换为所述的第二数字音频讯号的步骤前还包含：

根据所述的预定频率，决定所述的第一频率转换参数与所述的第二频率转换参数。

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