CN103929182A - 音频处理装置、音频播放设备及音频控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种音频处理装置、音频播放设备及音频控制方法。音频处理装置包括音频主控制器、电源管理单元和至少两种型号的多个数模转换器；这些数模转换器的模拟音频信号输出端连接到同一模拟音频线性输出端上，输入端分别连接音频主控制器；电源管理单元连接音频主控制器，以及分别通过使能开关组连接各数模转换器；音频主控制器控制连接各使能开关组，使所述MPU的输出电能在所述MCU的控制下，选择性地向一种型号的DAC供电，其它型号的DAC停止工作。其优点是：一个具有上述装置的音频播放设备能够听到不同DAC处理的声音。相较常规音频播放设备，由于其它电路组成结构不变，仅增加了DAC芯片的种类及相关控制电路等，因此成本并未提高过多，而功能和性能大为提高。

Description

音频处理装置、音频播放设备及音频控制方法

技术领域

本发明涉及音频播放技术领域，尤其涉及一种音频处理装置、音频播放设备及音频控制方法。

背景技术

目前，各种类型的音频播放器以及具有音频播放功能装置的各种电子设备已经广泛应用于人们的日常生活中。所述音频播放器如：MP3播放器、CD播放器、DVD播放器及数字音频播放器等。所述具有音频播放功能装置的各种电子设备如：手机、平板电脑、台式cd机、外置音频解码器、多媒体数码播放机等。

通常一款音频播放器、数字音频解码器包括音频主控制器（MCU），存储器件（Flash），数模转换电路（DAC），模拟放大电路（AMP）和其它必须或辅助电路器件（如：晶体震荡时钟、存储读卡器）构成。音频主控制器读取存储介质（Flash）上的音频文件，解码之后输出脉冲编码调制流（PCM流）或直接比特流数字编码流（DSD流）等标准数字音频流；或通过SPDIF-in、USB等数字音频接口接收标准数字音频流，再通过IIS、SPDIF-out等数字音频接口传输给数模转换电路；数模转换电路将数字音频流转换为模拟音频信号，最终通过模拟音频处理、放大电路（AMP）处理放大后，提供给电声转换器件（耳机、扬声器等）完成声音的回放。

在上述步骤中，数模转换主要是通过数模转换芯片来完成的，DAC的性能指标是决定音质的核心关键。目前市场上的主流DAC芯片生产厂家有：沃尔福森（Wolfson）、德州仪器（Texas Instruments）、布尔.布朗（Burr Brown）、凌云逻辑（Cirrus Logic）、水晶（Crystal）、精科（AKM）、模拟器件（Analog）、飞利浦（Philips）、亿世（ESS）等。这些公司旗下又有众多型号的DAC芯片。通常来说，对于一款DAC芯片除了采样速率、采样精度、频响范围、动态范围、信噪比值、总谐波失真加噪音等硬件的参数指标外，其主观听感的差异也是非常大的。例如，通常业界会认为CS4398的声音通透细腻，细节丰富，听感中性；PCM1794解析力高，动态大，能量感充足，气势凌厉，宽松大气；WM8741声音平实连续感好，声音轻松温暖、模拟味浓郁。这些单从芯片物理参数上是无法体现和比较的。

因此，对于用户来说，购买以往的某一款播放器，由固定DAC芯片决定的播放器的声音风格是无法进行改变的。

发明内容

本发明实施例的目的是针对现有技术结构上的局限，提出一种音频处理装置、音频播放设备及音频控制方法，设置多款数模转换芯片，并通过选择控制机制，使电源管理单元输出的电能选择性地向其中一种型号的数模转换器供电，此时其它型号的数模转换器停止工作，不输出音频信号；而当选择单元控制MPU切换供电时，另一款DAC芯片工作，这样可以在一个音频播放设备中能够听到不同DAC处理的声音；并在音频主控制器中，预设不同型号的DAC输出的电平的调整值，通过IIC控制接口调整不同DAC的输出音量，使之在同一系统中保持相对一致。

为了达到上述发明目的，本发明首先提出的一种音频处理装置，是通过以下技术方案实现的:

一种音频处理装置，其特征在于，该装置包括：

音频主控制器，读取数字音频信号流或数字音频文件，并译码为标准数字音频流；

包括至少两种型号的多个数模转换器，用于将所述标准数字音频流转换为模拟信号；该些数模转换器的输出端连接至同一模拟音频线性输出端上，其数字音频输入端和功能控制端分别连接所述音频主控制器；

电源管理单元，连接所述音频主控制器，以及分别通过使能开关组连接各数模转换器；

另外，所述音频主控制器控制连接各使能开关组，使所述电源管理单元的输出电能在所述音频主控制器控制下，选择性地向一种型号的数模转换器供电，其它型号的数模转换器停止工作。

在一种实施方式中，所述的多个数模转换器为不同型号的数模转换器。

在另一种实施方式中，所述的多个数模转换器中，至少有一种型号的数模转换器的数量为两个，且这两个相同型号数模转换器均连接所述音频主控制器，并分别对左右声道中的一个进行数模转换。

优选的，所述的各数模转换器的输出端均设有差分运算放大器，用于将数模转换器输出的模拟差分音频信号转换为模拟线性输出音频信号；所述差分运算放大器连接至所述模拟音频线性输出端。

进一步优选的，所述音频处理装置还包括用于读取数字音频输入接口或存储介质中所存储的数字音频信号流或数字音频文件的读取单元；该读取单元封装在音频主控制器内。

另外，本发明还提出的一种音频播放设备，是通过以下技术方案实现的:

一种音频播放设备，包括前述的音频处理装置，该音频播放设备还包括音量调节装置和电声驱动输出端，所述音量调节装置连接所述模拟音频线性输出端；所述音频处理装置和音量调节装置设于同一机壳内，所述的电声驱动输出端设于该机壳上。

优选的，所述音频播放设备为MP3播放器、CD播放器、DVD播放器、数字音频播放器、手机、平板电脑、外置音频解码器、多媒体数码播放机中的一种。

本发明还提出的一种音频处理装置的音频控制方法，是通过以下技术方案实现的:

一种音频处理装置的音频控制方法，涉及如权利要求1-3任意一项所述的音频处理装置，其特征在于包括如下步骤：

电源管理单元为所述音频主控制器供电，音频主控制器初始化；

音频主控制器基于预设DAC启动方案控制使能开关组选择性的启闭；或者用户向音频主控制器输入DAC启动指令,音频主控制器基于该启动指令控制使能开关组选择性的启闭；

电源管理单元的输出电能向被选择的一种型号数模转换器供电；

音频主控制器读取数字音频信号流或数字音频文件，并译码为标准数字音频流；当前被选择的数模转换器将标准数字音频流转换为模拟信号，并输出至模拟音频线性输出端。

该方法还包括如下步骤：音频主控制器输出标准数字音频流的同时，用户向音频主控制器输入新的DAC启动指令；音频主控制器基于新的DAC启动指令控制使能开关组相应启闭。

该方法还包括如下步骤：基于不同型号数模转换器的输出电平差值，在所述音频主控制器设置与各型号数模转换器输出电平对应的电平调整值；当启用某一数模转换器工作时，所述音频主控制器基于当前被启用的数模转换器的调整值，控制当前工作的数模转换器输出电平。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：在电路中设置多款数模转换芯片，并通过选择控制机制，使电源管理单元输出的电能选择性地向其中一种型号的数模转换器供电，此时其它型号的数模转换器停止工作，不输出音频信号；而当选择单元控制MPU切换供电时，另一款DAC芯片工作，这样可以在一个音频播放设备中能够听到不同DAC处理的声音；并在音频主控制器中，预设不同型号的DAC输出的电平的调整值，通过IIC控制接口调整不同DAC的输出音量，使之在同一系统中保持相对一致。相较常规音频播放设备，例如MP3，由于其它电路组成结构不变，仅增加了DAC芯片的种类及相关控制电路等，因此成本并未提高过多，而功能和性能大为提高。

附图说明

通过下面结合附图对其示例性实施例进行的描述，本发明上述特征和优点将会变得更加清楚和容易理解。

图1为本发明实施例整体结构示意图；

图2为本发明实施例电路详细结构示意图；

图3为本发明实施例音频控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

本实施例首先提供一种音频处理装置，参见图1所示，该装置的主要结构组成为：

音频主控制器U1，读取SPDIF-in、USB等数字音频接口输入的或存储介质中所存储的数字音频信号流或数字音频文件，并译码为脉冲编码调制流（PCM流）或直接比特流数字编码流（DSD流）等标准数字音频流，再通过IIS、SPDIF-out等数字音频接口传输出去；

优选的实施方式中，音频处理装置中还应当包括有闪存芯片U2，闪存芯片内存储音频处理装置的操作系统和需要播放的数字音频文件；

优选的实施方式中，音频处理装置中还应当包括有数字音频输入接口J1，数字音频输入接口提供需要播放的数字音频信号流；

由于以上数据存储、传输和读取方式为本领域技术人员习见方案，故在此不再赘述。

电源管理单元U3，连接音频主控制器U1，以及分别通过使能开关组连接各数模转换器U4、U5、U6，为整个音频处理装置提供电能；

三个不同型号的数模转换器U4、U5和U6，均可独立用于将脉冲编码调制流（PCM流）或直接比特流数字编码流（DSD流）等标准数字音频流转换为模拟音频信号；这些数模转换器的输出端连接至同一模拟音频线性输出端J2上，其数字音频输入端和功能控制端分别连接所述音频主控制器U1；

模拟音频线性输出端J2连接功率放大电路AMP，功率放大电路AMP对于模拟音频信号进行放大、调音等处理后，通过电声驱动输出端J3，提供给电声转换器件（耳机、扬声器等）完成声音的回放。

此外，音频主控制器U1控制连接各使能开关组，使电源管理单元的输出电能在所述音频主控制器控制下，选择性地向一种型号的数模转换器供电，其它型号的数模转换器停止工作。

当音频处理装置工作时，首先电源管理单元U3为音频主控制器U1供电，U1完成初始化后控制U3输出电能选择性的向数模转换器U4、U5、U6中的一个供电。

此时，音频主控制器U1，读取SPDIF-in、USB等数字音频输入接口J1或存储介质U2中所存储的数字音频信号流或数字音频文件，并译码为脉冲编码调制流（PCM流）或直接比特流数字编码流（DSD流）等标准数字音频流，再通过IIS、SPDIF-out等数字音频接口传输给各DAC，被供电的DAC将数字音频信号转换为模拟音频信号输出，而未被供电的DAC不工作，不输出模拟音频信号。

以上提供了音频处理装置的系统框架，以下结合图2对于音频处理装置的详细结构进行描述：

在本实施例中,数模转换器U4采用沃尔福森微电子（Wolfson）的WM8741；数模转换器U5采用德州仪器-布尔.布朗（Burr-Brown Products from TexasInstruments）的PCM1792；数模转换器U6采用凌云逻辑-水晶（CirrusLogic-Crystal）的CS4398。

U4和电源管理单元U3之间的使能开关组采用两个场效应（MOS）管WPM2026，图2中分别表示为Q1和Q2。

U5和电源管理单元U3之间的使能开关组采用两个场效应管WPM2026，图2中分别表示为Q3和Q4。

U6和电源管理单元U3之间的使能开关组采用一个场效应管WPM2026，图2中表示为Q5。

音频主控制器U1的16#VDD管脚为核心电源，15#VCCIO管脚为输入输出端口电源，两者同等于电源管理单元U3的VCCA（模拟电）=3.3v。1#管脚、2#管脚、3#管脚、4#管脚、5#管脚、6#管脚、7#管脚为U1的IIS数据接口（位时钟BCLK、帧时钟LRCK、串行数据SDATA、主时钟MCLK）和IIC控制接口（通过串行数据SDA线和串行时钟SCL线），与数模转换芯片U4、U5和U6的IIS和IIC接口对应连接。

GPIO0管脚为静音控制输出，在开关机、数模转换器切换、曲目切换等可能有电流冲击声的时候起到隔绝作用。

GPIO1管脚为部分数模转换芯片所需要的，复位控制输出。

GPIO2管脚为数模转换芯片U4使能控制输出，低电平有效，控制功率场效应管Q1、Q2导通，此时U4处于工作状态；

GPIO3管脚为数模转换芯片U5使能控制输出，低电平有效，控制功率场效应管Q3、Q4导通，此时U5处于工作状态；

GPIO4管脚为数模转换芯片U6使能控制输出，低电平有效，控制功率场效应管Q5导通，此时U6处于工作状态。

GPIO2管脚、GPIO3管脚、GPIO4管脚同时只有一个低电平。

GPIO5管脚连接开关SW1，用于打开数模转换芯片U4指令按钮；

GPIO6管脚连接开关SW2，用于打开数模转换芯片U5指令按钮；

GPIO7管脚连接开关SW3，用于打开数模转换芯片U6指令按钮；

开关SW1、SW2和SW3的另一端接地。

电源管理单元U3的AND管脚是地，AGND管脚模拟地,LD2-SET0管脚设置5.0V，SET1管脚设置VCCA，VCCA管脚是3.3V输出，同时提供3.3V和5.0V两个电压,VIN为电源输入引脚,VCCA为模拟电源。

数模转换器U4、U5、U6的左、右声道输出端连接差分运算放大器LM358，用于将DAC输出的模拟差分音频信号转换为模拟线性输出(Line Out)音频信号。这些差分运算放大器LM358输出端连接到一个模拟音频线性输出端J2上。

对于各数模转换器后分别设置差分运算放大器，在此解释如下：由于数模转换器输出一般为差分模拟音频信号，而通常应用的放大器为单端模拟音频放大器。差分运算放大器可以是平衡（术语“平衡”意味着差分）输入和输出，也可以是单端（非平衡）输入和输出，常用来实现平衡与不平衡电路的相互转换。在这里设置差分运算放大器方便地实现了这种转换功能。显然，一种可能的电路结构是各数模转换器的模拟输出端左、右声道对应并联后连接到一对差分运算放大器上，这样只需要一对差分运算放大器即可完成所有数模转换器模拟差分输出到线性单端的转换。但申请人经过试验，不同DAC直接连接会存在相互干扰和音频信号的衰减，这是因为不工作的DAC的内部电路会附加在工作的DAC的模拟输出端上，从而造成较大影响。因此优选的实施例中，每路数模转换器后均设置独立的差分运算放大器，模拟音频信号经差分运算放大器转换处理后再并联至J2。同型号运算放大器输出端并联对信号干扰和衰减可控在极小可忽略的范围内。这样有效地减小了同一音频处理装置因同时存在不同DAC，电路之间的相互干扰和音频信号的衰减。

以上对于音频处理装置的电路结构进行详细描述，该音频处理装置可以用于各种音频播放设备，音频播放设备的种类可以是：便携式数字音频播放器（MP3播放器、MD播放器、CD播放器及其它数字音频播放器等）、台式DVD机、台式cd机、手机、平板电脑、外置音频解码器、多媒体数码播放机等。

基于上述音频处理装置的结构，以下结合图3对该音频处理装置的音频控制方法进行详细的描述:

一种音频处理装置的音频控制方法，涉及前述的音频处理装置，包括如下步骤：

电源管理单元U3为音频主控制器U1供电，音频主控制器U1初始化；

音频主控制器U1基于预设DAC启动方案控制使能开关组选择性的启闭。或者在每次播放音乐前，由用户选择本次播放音乐时的DAC启动方案。此时用户向音频主控制器U1输入DAC启动指令,音频主控制器U1基于该启动指令控制使能开关组选择性的启闭；

电源管理单元U3的输出电能向被选择的一种型号数模转换器供电；

音频主控制器U1读取数字音频信号流或数字音频文件，并译码为标准数字音频流；当前被选择的数模转换器将标准数字音频流转换为模拟信号，并输出至模拟音频线性输出端。

为了使用户能够在播放音乐过程中切换数模转换器，该方法还包括如下步骤：音频主控制器U1输出标准数字音频流的同时，用户向音频主控制器U1输入新的DAC启动指令；音频主控制器U1基于新的DAC启动指令控制使能开关组相应启闭。

由于不同数模转换器输出的电平是有差别的，同一设备中不同数模转换器的基准音量大小不一致。当开机使用不同数模转换器或播放中切换数模转换器，不做处理的话，难以避免地会造成用户音量的改变，使音量变大或变小，影响用户体验。因此优选的，该方法还包括如下步骤：基于不同型号数模转换器的输出电平差值，在所述音频主控制器U1设置与各型号数模转换器输出电平对应的电平调整值；当启用某一数模转换器工作时，所述音频主控制器基于当前被启用的数模转换器的调整值，控制当前工作的数模转换器输出电平。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：在电路中设置多款数模转换芯片，并通过选择控制机制，使电源管理单元输出的电能选择性地向其中一种型号的DAC供电，此时其它型号的DAC停止工作，不输出音频信号；而当选择单元控制MPU切换供电时，另一款DAC芯片工作，这样可以在一个音频播放设备中能够听到不同DAC处理的声音；并在音频主控制器中，预设不同型号的DAC输出的电平的调整值，通过IIC控制接口调整不同DAC的输出音量，使之在同一系统中保持相对一致。相较常规音频播放设备，例如MP3，由于其它电路组成结构不变，仅增加了DAC芯片的种类及相关控制电路等，因此成本并未提高过多，而功能和性能大为提高。

以上通过实施例对于本发明的发明意图和实施方式进行详细说明，使本发明所属领域的一般技术人员可以理解。本发明以上实施例仅为本发明的优选实施例之一，为篇幅限制，这里不能逐一列举所有实施方式，任何可以体现本发明权利要求技术方案的实施，都在本发明的保护范围内。

需要注意的是，以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，在上述实施例的指导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种音频处理装置，其特征在于，该装置包括：

音频主控制器，读取数字音频信号流或数字音频文件，并译码为标准数字音频流；

包括至少两种型号的多个数模转换器，用于将所述标准数字音频流转换为模拟音频信号；该些数模转换器的输出端连接至同一模拟音频线性输出端上，其数字音频输入端和功能控制端分别连接所述音频主控制器；

电源管理单元，连接所述音频主控制器，以及分别通过使能开关组连接各数模转换器；

另外，所述音频主控制器控制连接各使能开关组，使所述电源管理单元的输出电能在所述音频主控制器控制下，选择性地向一种型号的数模转换器供电，其它型号的数模转换器停止工作。

2.根据权利要求1所述的一种音频处理装置，其特征在于：所述的多个数模转换器为不同型号的数模转换器。

3.根据权利要求1所述的一种音频处理装置，其特征在于：所述的多个数模转换器中，至少有一种型号的数模转换器的数量为两个，且这两个相同型号数模转换器均连接所述音频主控制器，并分别对左右声道中的一个进行数模转换。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种音频处理装置，其特征在于：所述的各数模转换器的输出端均设有差分运算放大器，用于将数模转换器输出的模拟差分音频信号转换为模拟线性输出音频信号；所述差分运算放大器连接至所述模拟音频线性输出端。

5.根据权利要求4所述的一种音频处理装置，其特征在于：所述音频处理装置还包括用于读取数字音频输入接口或存储介质中所存储的数字音频信号流或数字音频文件的读取单元；该读取单元封装在音频主控制器内。

6.一种音频播放设备，其特征在于：包括权利要求1-4任意一项所述的音频处理装置，所述音频播放设备还包括音量调节装置和电声驱动输出端，所述音量调节装置连接所述模拟音频线性输出端；所述音频处理装置和音量调节装置设于同一机壳内，所述的电声驱动输出端设于该机壳上。

7.根据权利要求6所述的一种音频播放设备，其特征在于：所述音频播放设备为MP3播放器、CD播放器、DVD播放器、数字音频播放器、手机、平板电脑、外置音频解码器、多媒体数码播放机中的一种。

8.一种音频处理装置的音频控制方法，涉及如权利要求1-3任意一项所述的音频处理装置，其特征在于包括如下步骤：

电源管理单元为所述音频主控制器供电，音频主控制器初始化；

音频主控制器基于预设DAC启动方案控制使能开关组选择性的启闭；或者用户向音频主控制器输入DAC启动指令,音频主控制器基于该启动指令控制使能开关组选择性的启闭；

电源管理单元的输出电能向被选择的一种型号数模转换器供电；

音频主控制器读取数字音频信号流或数字音频文件，并译码为标准数字音频流；当前被选择的数模转换器将标准数字音频流转换为模拟信号，并输出至模拟音频线性输出端。

9.根据权利要求8所述的一种音频处理装置的音频控制方法，其特征在于该方法还包括如下步骤：音频主控制器输出标准数字音频流的同时，用户向音频主控制器输入新的DAC启动指令；音频主控制器基于新的DAC启动指令控制使能开关组相应启闭。

10.根据权利要求8或9所述的一种音频处理装置的音频控制方法，其特征在于该方法还包括如下步骤：基于不同型号数模转换器的输出电平差值，在所述音频主控制器设置与各型号数模转换器输出电平对应的电平调整值；当启用某一数模转换器工作时，所述音频主控制器基于当前被启用的数模转换器的调整值，控制当前工作的数模转换器输出电平。