CN101807426A

CN101807426A - 音频装置与音频处理方法

Info

Publication number: CN101807426A
Application number: CN 200910006700
Authority: CN
Inventors: 翁忠辉
Original assignee: Realtek Semiconductor Corp
Current assignee: Realtek Semiconductor Corp
Priority date: 2009-02-13
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2029-02-13
Also published as: CN101807426B

Abstract

一种音频装置与音频处理方法，该音频装置包含：数字麦克风模块及音频编解码电路。数字麦克风模块依据一展频时钟撷取一外部音源以产生一数字音源信号。音频编解码电路包含：时钟产生模块、储存单元、音频编解码核心。时钟产生模块产生时钟信号及展频时钟。储存单元依据展频时钟暂存来自于数字麦克风模块的第一数字音源信号，并依据时钟信号输出第一数字音源信号。音频编解码核心具有数字模拟转换电路与模拟数字转换电路，模拟数字转换电路将第一模拟音源信号转换成第二数字音源信号，数字模拟转换电路将第三数字音源信号转换成第二模拟音源信号以进行播放。

Description

音频装置与音频处理方法

技术领域

本发明涉及一种音频装置与音频处理方法，特别是一种针对数字式麦克风的音频装置与音频处理方法。

背景技术

计算机领域包含：桌上型计算机(Desktop)、笔记型计算机(notebook)或膝上型计算机(laptop)等，以及手机领域，皆具有音效处理功能，且一般具有音效编码解码器(codec)以作为音效处理单元。一般音效编码译码器会连接输出装置与输入装置，其中输出装置如：喇叭或耳机等，而输入装置如：模拟式麦克风、数字式麦克风或音源输入(Line In)等。

由于传统的麦克风，容易受到噪声(noise)干扰，例如：手机拨接，或者当印刷电路板的铜箔线路(PCB trace)越长，所产生的干扰源就越多。因此，促成数字式麦克风(digital microphone)的产生，由于数字式麦克风所传送的信号属于数字式数据(digital data)，因此不容易受到噪声的干扰。

当计算机领域或手机领域使用数字式麦克风作为音频输入装置时，音效编码译码器会提供数字式麦克风所需要的时钟(clock)信号，而数字式麦克风即会依据时钟信号，撷取音源信号而提供予音效编码译码器。

由于音效编码译码器所提供的时钟信号属于高频信号，且在应用上数字麦克风所设置的位置跟音效编码译码器通常具有一定的距离，使得较长的线路长度(wire length)会形成如天线般地现象，而将时钟信号中的高频成份辐射出去，造成电子装置的干扰，亦即所谓的电磁干扰(electric magnetic interference，EMI)。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种音频装置与音频处理方法。针对数字式麦克风在应用上的问题加以改进，藉由本发明所提出的装置或方法，可降低先前技术中高频时钟信号所产生的电磁干扰，且可同时减少电磁波所造成的人体伤害。

本发明提出一种音频编解码电路，包含：时钟产生模块、储存单元、数字音源信号及音频编解码核心。时钟产生模块产生时钟信号及展频时钟。储存单元依据展频时钟暂存来自于数字麦克风模块的第一数字音源信号，并依据时钟信号输出第一数字音源信号。音频编解码核心具有数字模拟转换电路与模拟数字转换电路，模拟数字转换电路将第一模拟音源信号转换成第二数字音源信号，数字模拟转换电路将第三数字音源信号转换成第二模拟音源信号以进行播放。

本发明亦提出一种音频装置包含：数字麦克风模块及音频编解码电路。数字麦克风模块依据展频时钟撷取外部音源以产生数字音源信号。其中，音频编解码电路包含：时钟产生模块、储存单元及音频编解码核心。时钟产生模块产生时钟信号与展频时钟。储存单元依据展频时钟暂存数字音源信号，并依据时钟信号输出数字音源信号。音频编解码核心用以对音源信号进行数字模拟转换或模拟数字转换的处理。

本发明亦提出一种音频处理方法，包含下列步骤：产生时钟信号与展频时钟；依据展频时钟，将来自于数字麦克风模块的数字音源信号暂存于储存单元；依据时钟信号，读取储存于储存单元的数字音源信号；透过数字接口电路输出数字音源信号。

本发明亦提出一种音频编解码电路，包含：音频编解码核心、时钟产生器、展频电路、储存组件及接口单元。音频编解码核心对音源信号进行信号转换。时钟产生器产生时钟信号。展频电路展频时钟信号，并输出展频时钟。储存组件依据展频时钟接收源自数字麦克风的数字音源信号，并依据时钟信号输出数字音源信号。接口单元输出数字音源信号与来自于音频编解码核心的音源信号至主机，并接收源自主机的音源信号至音频编解码核心。

有关本发明的较佳实施例及其功效，兹配合附图说明如后。

附图说明

图1：本发明音频装置的实施例示意图；

图2：数字麦克风与展频时钟的时序的实施例示意图；

图3：时钟信号展频的示意图；

图4：本发明音频处理方法的流程图。

主要组件符号说明

10：音频编解码电路

15：时钟产生模块

17：数字接口电路

20：展频电路

30：数字麦克风模块

40：储存单元

50：滤波器

60：音频编解码核心

70：时钟产生器

具体实施方式

请参照图1，该图所示为本发明音频装置的实施例示意图。本发明所提出的音频装置包含：音频编解码电路(audio CODEC)10及数字麦克风模块30。其中，音频编解码电路10包含：音频编解码核心60、数字接口电路17、时钟产生模块15及储存单元40。于此，由于音频编解码核心60为本领域具通常知识者所知悉，故不再赘述其细节。其中，数字接口电路17可支持高分辨率音效(High Definition Audio，HDA)接口或AC-link接口的规范。

时钟产生模块15产生时钟信号以及展频时钟。再由数字麦克风30依据展频时钟，撷取外部声音以产生数字音源信号，并将数字音源信号传送至音频编解码电路10。

在此，由于展频时钟为动态变化(时变)，亦即时钟时钟为忽快忽慢，相对的，数字麦克风30所回传的数字音源信号亦是忽快忽慢，因此会产生不同步的现象。为了解决此一现象，音频编解码电路10中可包含储存单元40，其中，储存单元40可为先进先出(FIFO)缓冲器40。FIFO缓冲器40可用以储存来自于数字麦克风30的数字音源信号，以避免因不同步而产生数据来不及处理而被遗漏(loss)的状况。此外，音频编解码电路10中可包含滤波器50，用以对数字音源信号进行降频与/或低通滤波处理，以产生符合数字接口电路17规范的经滤波的数字音源信号。

一实施例，可将经滤波的数字音源信号馈送至音频编解码核心60，通过音频编解码核心60来进行数字模拟转换后，产生模拟音源信号，并予以播放。

一实施例，当数字麦克风30接收展频时钟后，便会利用展频时钟中上升沿(rising edge)与下降沿(falling edge)而撷取经由数字麦克风30中放大器(Amp)所放大的音源信号。详细的时序图请参照图2为数字麦克风与展频时钟的时序的实施例示意图。

数字麦克风模块30的实施例可包含左声道数字麦克风与右声道数字麦克风，当然也可有只采用单一个声道的数字麦克风30，故并不以此为限。图1与图2以具有两个数字麦克风30，亦即分别为左声道数字麦克风与右声道数字麦克风为例作说明。请续参照图2，于此须先说明，左、右两声道数字麦克风并不会同时撷取音源信号，而是当其中一个声道为高阻抗时，另一个声道才撷取音源信号，如此反复变化以撷取左、右两声道上的音源信号。

当数字麦克风30发现展频时钟为上升沿时，左声道数字麦克风会先转换为高阻抗状态(Hi-Z)，而右声道数字麦克风在经过短暂时间之后(通常为几个纳秒(nerosecond，ns))，则会由高阻抗转换为可撷取音源信号的状态(data valid)。于此，音频编解码电路10会在展频时钟为上升沿且左声道数字麦克风转态之前，先抓取左声道数字麦克风之前的音源信号。

另一方面，当数字麦克风30发现展频时钟为下降沿时，右声道数字麦克风会先转换为高阻抗状态，同样经过短暂时间之后，左声道数字麦克风会由高阻抗转换为可撷取音源信号的状态。而音频编解码电路10同样会在展频时钟为下降沿且右声道数字麦克风转态之前，先抓取右声道数字麦克风之前的音源信号。

上述音源信号的时钟范围为20Hz～20KHz，也就是人耳可以听到的声音时钟所分布的范围。此外，展频时钟的时钟范围可位于1MHz～4MHz之间，该时钟范围为目前数字麦克风30可接收的时钟范围。因此本发明提出利用展频时钟的时钟分布在一个范围，故可降低电磁干扰(electric magnetic interference，EMI)。

请参照图3为时钟信号展频的示意图。具有展频功能的展频电路20所产生的展频时钟，会随着时间的不同而时钟有所变化。以音频装置为例，举例说明：如上所述的时钟信号的时钟范围位于1MHz～4MHz，于此假设中心时钟fc为2MHz。依据本发明的展频电路20，可采用向上展频的技术或向下展频的技术来降低电磁干扰，以向上展频的技术为例，中心时钟fc可上升至(1+δ)*fc，其中δ于本发明称的为展频比率(spread rate)，于此假设展频比率(δ)为5％，亦即展频幅度为0.1MHz(2MHz*5％)，因此原本2MHz的中心时钟fc可上升至2.1MHz。

若以向下展频的技术为例，中心时钟fc可下降至(1-δ)*fc，于此同样假设展频比率(δ)为5％，展频幅度同样为0.1MHz，因此原本2MHz的中心时钟fc可下降至1.9MHz。于此，展频比率的范围可为±0.5％～±5％之间。此外，展频比率的数值大小与音频装置所产生的电磁干扰的数值大小成反比关系，也就是说，如果展频比率的数值越大，就可以使电磁干扰的数值越小。因此，可藉由调高展频比率，以降低电磁干扰。

请续参照图3，可发现于时间轴上有一个参数fm，于此fm即为调变率(modulation rate)。而1/fm即为展频时钟的时间周期，在一个时间周期(1/fm)的内，分别会产生一次最高的展频时钟(如：2.1MHz)及一次最低的展频时钟(如：1.9MHz)。由于，本发明所提出的音源信号的时钟范围，乃是人耳所能辨识的时钟范围，亦即20Hz～20KHz。由实验数据发现，若以单频输入的音源信号为例，其调变率(fm)低于40KHz，于展频后会在20Hz～20KHz之间的某一个时钟，产生互调失真(inter modulation distortion，IMD)的现象，可以左列的式子来表示：IMD信号＝fm-音源信号。如此将造成使用者会听到额外的杂音出现，而影响音频的质量。因此，本发明提出展频电路20的调变率(fm)可于40KHz至50KHz间，如此于展频后，便不会在人耳所能辨识的时钟范围内，有任何失真的信号产生，当然，可依应用需要而作调整。

请参照图4，该图所示为本发明音频处理方法的流程图，包含下列步骤。

步骤S10：产生时钟信号与展频时钟。其中，时钟信号的时钟范围可位于1MHz～4MHz。

一实施例，数字麦克风模块依据展频时钟撷取外部声音以产生数字音源信号。一实施例中，数字麦克风可包含左声道数字麦克风与右声道数字麦克风。于此，展频时钟的调变率可于40KHz至50KHz间择一时钟来进行展频。此外，展频时钟的展频比率的数值大小与所产生的电磁干扰的数值大小系成反比。其中，展频比率的范围可为±0.5％～±5％。

步骤S20：依据展频时钟，将来自于数字麦克风模块的数字音源信号暂存于储存单元。其中，储存单元可为先进先出缓冲器(FIFO)。

步骤S30：依据时钟信号，读取储存于储存单元的数字音源信号。

步骤S40：通过数字接口电路输出数字音源信号。一实施例，数字接口电路可为高分辨率音效(HDA)接口或是AC-link接口。

除上述步骤外，可包含下列步骤：对数字音源信号进行降频处理及/或低通滤波处理。

虽然本发明的技术内容已经以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神所作些许的改动与润饰，皆应涵盖于本发明的范畴内，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims

1.一种音频编解码电路，包含：

时钟产生模块，产生时钟信号及展频时钟；

储存单元，依据该展频时钟暂存来自于数字麦克风模块的第一数字音源信号，并依据该时钟信号输出该第一数字音源信号；以及

音频编解码核心，具有数字模拟转换电路与模拟数字转换电路，该模拟数字转换电路将第一模拟音源信号转换成第二数字音源信号，该数字模拟转换电路将第三数字音源信号转换成第二模拟音源信号以进行播放。

2.如权利要求1所述的电路，其中该时钟产生模块包含：

时钟产生器，产生该时钟信号；以及

展频电路，展频该时钟信号，并输出该展频时钟。

3.如权利要求2所述的电路，其中该展频电路的调变率不小于40KHz。

4.如权利要求2所述的电路，其中该展频电路的调变率不大于50KHz。

5.如权利要求2所述的电路，其中该展频电路的展频比率的数值大小与该音频编解码电路所产生的电磁干扰的数值大小成反比。

6.如权利要求5所述的电路，其中该展频比率实质等于±0.5％。

7.如权利要求1所述的电路，还包含：

数字接口电路，耦接于该音频编解码核心与该储存单元，用以将该第一数字音源信号及该第二数字音源信号中的至少其一传送到主机，并将来自该主机的该第三数字音源信号传送到该音频编解码核心。

8.如权利要求7所述的电路，其中该数字接口电路支持AC-link接口的规范。

9.如权利要求7所述的电路，其中该数字接口电路支持高分辨率音效(HDA)接口的规范。

10.如权利要求1所述的电路，其中该时钟信号的时钟不小于1MHz。

11.如权利要求1所述的电路，其中该时钟信号的时钟不大于4MHz。

12.如权利要求1所述的电路，其中该数字麦克风模块包含左声道数字麦克风与右声道数字麦克风。

13.如权利要求1所述的电路，还包含：

滤波器，用以对该第一数字音源信号进行降频与低通滤波中的至少其一，并产生经滤波的该第一数字音源信号。

14.如权利要求13所述的电路，其中该数字模拟转换电路转换经滤波的该第一数字音源信号，以进行播放。

15.一种音频装置，包含：

数字麦克风模块，依据展频时钟撷取外部音源以产生数字音源信号；以及

音频编解码电路，包含：

时钟产生模块，产生时钟信号与该展频时钟；

储存单元，依据该展频时钟暂存该数字音源信号，并依据该时钟信号输出该数字音源信号；以及

音频编解码核心，用以对音源信号进行数字模拟转换或模拟数字转换的处理。

16.如权利要求15所述的装置，其中该时钟产生模块还包含：

时钟产生器，产生该时钟信号；以及

展频电路，展频该时钟信号，并输出该展频时钟。

17.如权利要求16所述的装置，其中该展频电路的调变率不小于40KHz。

18.如权利要求16所述的装置，其中该展频电路的调变率不大于50KHz。

19.如权利要求16所述的装置，其中该展频电路的展频比率的数值大小与该音频装置所产生的电磁干扰的数值大小成反比。

20.如权利要求15所述的装置，其中该音频编解码电路，更包含：

数字接口电路，耦接于该音频编解码核心与该储存单元。

21.如权利要求20所述的装置，其中该数字接口电路支持AC-link接口与高分辨率音效(HDA)接口中的其一。

22.如权利要求15所述的装置，其中该时钟信号的时钟不小于1MHz。

23.如权利要求15所述的装置，其中该时钟信号的时钟不大于4MHz。

24.如权利要求15所述的装置，其中该数字麦克风模块包含左声道数字麦克风与右声道数字麦克风。

25.如权利要求15所述的装置，其中该音频编解码电路，还包含：

滤波器，耦接于该储存单元，用以对该数字音源信号进行降频与低通滤波中的至少其一，并产生经滤波的该数字音源信号。

26.如权利要求25所述的装置，其中该音频编解码核心转换经滤波的该数字音源信号为一模拟音源信号，以进行播放。

27.一种音频处理方法，包含下列步骤：

产生时钟信号与展频时钟；

依据该展频时钟，将来自于数字麦克风模块的数字音源信号暂存于储存单元；

依据该时钟信号，读取储存于该储存单元的该数字音源信号；以及

通过数字接口电路输出该数字音源信号。

28.如权利要求27所述的音频处理方法，其中该数字接口电路支持高分辨率音效(HDA)接口或是AC-link接口的规范。

29.如权利要求27所述的音频处理方法，其中该时钟信号的时钟范围不小于1MHz。

30.如权利要求27所述的音频处理方法，其中该时钟信号的时钟范围不大于4MHz。

31.如权利要求27所述的音频处理方法，其中该展频时钟的调变率不小于40KHz。

32.如权利要求27所述的音频处理方法，其中该展频时钟的调变率不大于50KHz。

33.如权利要求27所述的音频处理方法，其中该展频时钟的展频比率的数值大小与该音频处理方法所产生的电磁干扰的数值大小成反比。

34.如权利要求27所述的音频处理方法，还包含下列步骤：

对该数字音源信号进行降频与低通滤波中的至少其一。

35.一种音频编解码电路，包含：

音频编解码核心，对音源信号进行信号转换；

时钟产生器，产生时钟信号；

展频电路，展频该时钟信号，并输出展频时钟；

储存组件，依据该展频时钟接收源自数字麦克风的数字音源信号，并依据该时钟信号输出该数字音源信号；以及

接口单元，输出该数字音源信号与来自于该音频编解码核心的该音源信号至主机，并接收源自该主机的该音源信号至该音频编解码核心。

36.如权利要求35所述的电路，其中该音频编解码电路包含：

滤波器，对该数字音源信号进行降频及低通滤波中的至少其一，以使该数字音源信号符合该接口单元的规范。

37.如权利要求35所述的电路，其中该接口单元支持AC-link接口与高分辨率音效(HDA)接口中的其一。

38.如权利要求35所述的电路，其中该时钟信号的时钟不小于1MHz。

39.如权利要求35所述的电路，其中该时钟信号的时钟不大于4MHz。

40.如权利要求35所述的电路，其中该展频电路的调变率不小于40KHz。

41.如权利要求35所述的电路，其中该展频电路的调变率不大于50KHz。

42.如权利要求35所述的电路，其中该展频电路的展频比率的数值大小与该音频装置所产生的电磁干扰的数值大小成反比。

43.如权利要求35所述的电路，其中该至少数字麦克风包含左声道数字麦克风与右声道数字麦克风。

44.如权利要求35所述的电路，其中该信号转换可为数字模拟转换。

45.如权利要求35所述的电路，其中该信号转换可为模拟数字转换。

46.如权利要求35所述的电路，其中该音频编解码核心将该音源信号由数字转换为模拟以进行播放。