CN107079218B - 有源音箱中用于节能的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于识别系统中的数字音频信号(1,6)的方法和设备，其中至少一些电子元件(3,4,5)时常处于睡眠或者未激励状态，在该方法中，数字音频信号(1,31)被放大并被识别，经放大的信号在译码电路(4)中被译码，译码的信号被引至信号处理器(5)以进行进一步的处理和数/模转换，音频信号(11)从模拟信号中产生。根据本发明，放大的未译码的信号(6)直接引至信号处理器或者微处理器(5)以被使用并被识别，并且用以实现译码器的电路(4)保持在睡眠状态，除非已经识别到数字音频信号(1,31)。

Description

有源音箱中用于节能的设备和方法
本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的用于有源音箱中的方法。本发明还涉及有源音箱中的电路。
当前，所有的电子设备都需要降低能量消耗。降低电消耗的压力来自于消费者和政府公务人员。现代电子设备的电消耗可通过自动地关闭设备中那些在某精确的时间点处不是必须要使用的部分的电源来降低。如果设备处于消耗尽可能少电能的睡眠模式，设备中除了那些用来检测信号到来的部件之外的其他所有部件均可关闭电源。当信号到来时，并且接下来希望设备进行工作，那么此检测元件便会激活设备的其他部件来进行正常工作。这种监控通常采用处于消耗很少能量的特殊状态中的微控制器来实现，因此需要电子电路中的一部分连续获取足够的但又尽可能地少的能量，由此，输入信号的识别被发送到用以控制系统的微控制器。
在音箱的例子中，音箱本身包含放大器越来越常见，这尤其可以实现声音质量上的优势。如果到达音箱的信号直接数字化，由此音箱和声源(其可以是前置放大器或者直接数字声源)之间的信号将会是数字的并因此在实际中完全不会失真，那么也可以实现其他的好处。
已知有一些方法，通过这些方法就可以在以上所述的情形中通过监控数字信号是否抵达音箱来将音箱的放大器置于节能的睡眠模式。根据现有技术，基于接下来的音箱状态受控制的分析来在译码器中进行监控。然而，与持续提高的要求相比，实现译码器的微电路即使在睡眠模式也会提取相当多的能量。
更具体地说，在前述的技术中，数字(AES/EBU编码)音频信号接收器通常实现为更广义系统电路中的微电路或模块。在其正常工作状态中，实现译码器的微电路需要10-30mA(30-100mW)的电流。当接收器工作时，它会检测有效数字音频信号的到来，并可通知系统的其余部分何时可以接收良好的数字信号。
设备的功率消耗可通过关闭不使用的功能来降低。如果数字音频信号不可用，则接收数字音频信号的电路可处于消耗很少功率的睡眠模式。
本发明旨在提供一种用以节约有源音箱在睡眠模式中所消耗的电能的全新类型的方法和设备。
本发明基于通过将所到来的已经过译码器的数字信号直接引至信号处理器来节约电能，其中，针对数字输入线路以相当低的时钟频率进行采样，并且仅在用以识别信号的预定条件满足时译码器才会被激活。
根据本发明的一个优选实施例，采用统计方法来识别音频信号。
更具体地说，根据本发明的方法，其特征是按照权利要求1的特征部分所述的内容。
而根据本发明的设备，其特征是按照权利要求8的特征部分所述的内容。
通过本发明的一些实施例可以带来很多有利之处。
借助于本发明，相比于持续保持在活跃状态的用以实现译码器的电路而言，可采用极低的能量消耗来识别数字音频信号。
借助于根据本发明的设置，当电子设备处于睡眠状态时，可以满足当下提高的能量使用要求。
由于信号处理器(微控制器)的IO线可用作识别，因此本发明可以容易且经济地实现。
下面将借助附图对本发明进行阐述，在附图中，
图1显示了根据本发明的一个解决方案的框图；
图2显示了在时间平面上的结合本发明使用的信号；
图3显示了图2的信号的细节。
在本文中，结合附图使用了如下术语：
1 输入信号线，用以将未放大的AES/EBU信号带到设备中
2 输入接口，连接器
3 差分接收器
4 译码器，实现译码器的微电路
5 信号处理器，(微处理器)
6 来自于差分接收器的未译码信号线，经放大的AES/EBU信号
7 来自于差分接收器的控制线，从未译码信号线到信号处理器5(微处理器)的IO输入
8 从译码器到信号处理器5(微处理器)的译码信号线，PCM音频信号(5)
9 从译码器4到信号处理器5(微处理器)的信号线
10 有源音箱
11 终端放大器和与之连接的音箱元件
20 帧
21 子帧
22 音频块
23 同步字节
24 头字段(SYNC+AUX)
30 位
31 NRZ数字音频信号，NRZ编码数据(NRZ)
如图1所示，未放大的AES/EBU信号沿输入信号线1引至含有放大器的有源音箱10，到其输入接口即连接器2，其可以是光连接器或者电连接器2。信号在差分接收器3中被放大，从那里放大的AES/EBU信号沿线6被引至译码器4，并且从那里作为译码的PCM音频信号(S)沿线8引至信号处理器5(微处理器)，其将信号转换成模拟形式，以被发送到终端阶段的放大器和音箱元件11。
根据现有技术，通过保持图1所示的用作AES/EBU译码器的电路4处于激活状态，可识别出数字音频信号的到达。当电路4通知处理器5线路9上存在信号时，设备的其他功能可在需要时开启。然而，由用作AES/EBU译码器的电路4所进行的信号识别通常需要比系统中其他元件的组合(包括用于在工作中保持控制系统的信号处理器5的元件)所耗费的功率高。
根据图2和图3，AES/EBU信号是NRZ(不归零)编码数字音频信号。位30采用有两个二进制状态构成的符号来编码。符号的第一状态总是不同于前一符号的第二状态。在被编码的位的逻辑值是零(不是一)的情况下，符号的第二状态与第一状态相同。如果位30的值是一，则符号的第二值不同于符号的第一值。这种NRZ编码(标准采用术语“双相”)产生数字队列，其中要么以由数字位的持续时间定义的频率发生变化，要么以二倍于此频率的频率发生变化。对于AES/EBU信号，数字信号的持续时间由音频信号的采样时钟频率确定。AES/EBU帧包含64位，帧20被分成两个子帧21。
已经知道，NRZ编码音频可通过检测含有NRZ信号的位队列来识别。时钟频率的偏差可借助于包含在数字音频接收器电路中的PLL锁相电路检测到。AES/EBU信号中的头字段24(SYNC+AUX，图2)包含相对于正常时钟频率的偏差，它偏离于正常时钟频率。基于此，帧的起始可被识别，此外，单个帧中含有的数据可在寄存器中记录下来。一旦数据已被记录，则帧可基于其已知的结构被识别为AES/EBU帧。如上所述的方法就计算而言是相对繁复的，耗费许多功率，并且该方法还基于AES/EBU帧的完整译码。
借助于本发明，数字音频信号、通常是NRZ数字音频信号31的存在可采用非常少的能量来识别。通过译码器4从未译码信号线6中拾取信号经由控制线7到达信号处理器5的IO输入，可在实际的接收器电路之前从信号线6上识别出可能的音频信号。
根据本发明，用以实现译码器的电路4由此是未激励的，并仅在发现了满足标准的信号时才会被开启以进行工作。要读取AES/EBU输入1的状态，差分接收器3(例如，根据AES/EBU标准的音频传输采用根据RS-422标准的差分编码)保持开启。差分接收器3的功率消耗极其低。通过在差分接收器3之后的信号处理器5的IO线7上随机读取AES/EBU线6的状态足够多的次数来执行预先识别。读取操作可以比AES/EBU音频信号1的采样频率明显更低的频率进行。读取操作通过随机下采样来采样经放大的AES/EBU信号6的电平，例如相对于图3的位频率以例如每10…1000位的平均间隔进行采样。本方法不需要特定的读取密度，或者与正被读取的数据进行同步，因为它基于的是利用了由NRZ编码所产生的数据的统计特性。在读取期间，信号处理器5计算在线路上读取的与前一次读取有所不同的状态的次数。该状态被读取足够多的次数以用于统计实验，例如一千次，信号处理器5用于根据这些数据进行统计分析。如果在线路上出现了典型的AES/EBU数字音频信号1，那么通常会观察到300-500次变化。微处理器5的IO线例如可用于读取，并且在此情况下，读取可有利地采用任何一种处理器进行。通过采用根据本发明的设置，没有必要开启译码器4来识别AES/EBU信号1。
根据本发明的设置(预识别)允许在用以实现译码器电路4之前从信号线上识别到数字音频信号的存在。用以实现译码器的电路4则可保持在未激励状态，并只在由根据本发明设置的信号处理器5识别到满足标准的信号时才被激活，该信号处理器5通常以降低很多的时钟频率、例如正常时钟频率的1/100-1/1000的频率在此模式下工作，这使得它具有很低的功率消耗。
根据本发明，可借助于上述描述的统计信息来识别NRZ编码的AES/EBU音频信号的存在。
作为实现预识别的一个例子，以低于NRZ数字音频信号31的采样频率的通常10-1000倍的频率从差分接收器3读取未译码信号线6一千次。本方法不需要特定的读取密度或者与读取数据进行同步，因为它基于的是利用了由NRZ编码所产生的数据的统计特性。根据NRZ信号特性，如果在随机点上以不是采样频率的倍数的频率来读取NRZ信号的状态，那么采样队列中的变化的理论发生率可认为是25％-50％。
如果在线路上存在典型的AES/EBU数字音频信号，那么通常每1000次读取会检测到300-500次变化(30％-50％)。通常，在未连接的线缆上每1000次读取可发现0-9次变化。如果相对于读取而言检测到足够次数的变化，那么可认为已经发现了数字音频信号。更具体地说，如果相对于读取而言检测到有代表性数量的变化，那么该信号可能就是NRZ编码信号。那么就有足够的理由去激活设备的AES/EBU译码器，由此获取了NRZ信号作为AES/EBU编码音频信号的精确信息。
综上所述，在两个阶段上识别数字NRZ编码音频信号的存在。首先，基于统计特性的低能量消耗计算方法的检测，然后采用AES/EBU接收器电路进行更精确的检测。通过非同步地和随机地读取数字信号的状态来识别AES/EBU信号。
该设备通常以下述方式被复位到睡眠模式，即：如果在一定检测时间之后信号并不出现(即，整段时间里不存在信号)，计数器被设置为用以确定已经过去的时间，并且如果该时间超过了预定的时间限制，例如1分钟，则睡眠模式开启。如果该设备检测到输入信号，则计数器复位，并从信号消失得那一刻起开始重新计数。
在本申请中，术语“睡眠模式”指的是电路的一种状态，在该状态下，电路使用比正常操作中低得多的能量，但可以在一定程度上接收并解释信号，以在必要时将设备从睡眠状态中唤醒。例如，欧盟的立法要求某些设备在睡眠模式下消耗低于0.5W的电功率。这种设备的不带负载的功率消耗通常可以是5…30W。在睡眠模式下，该设备因此必须使用比常规中不带负载的功率消耗的10％还低的功率。
在本申请中，术语“未激励”指的是电路的这样一种状态，在该状态下电路使用比其常规电功率消耗的0.1％还低的功率。
术语“低频率操作状态”在此指的是微处理器或信号处理器的一种状态，在该状态下，其工作频率降至比其正常工作频率明显低的频率，例如低于正常工作频率的30％，优选低于正常工作频率的1％。

Claims (12)

1.用于将系统中的NRZ(不归零)编码的数字音频信号(1,6)转换成模拟信号的方法，在该系统中，电子元件(3,4,5)中的至少一些时常处于睡眠模式或者未激励模式，在该方法中，
NRZ编码的数字音频信号(1,31)被接收并被放大，
经放大的、未译码的信号(6)被引到微处理器(5)的IO输入以进行识别，
用以实现译码器的电路(4)保持在睡眠模式，除非已经识别到NRZ编码的数字音频信号(1,31)，
如果识别到所述NRZ编码的数字音频信号(1,31)，就在所述用以实现译码器的电路(4)中对所述经放大的、未译码的信号(6)进行译码，
经译码的信号(8)被引到所述微处理器(5)处进行进一步处理和数/模转换，以产生模拟信号，以及
由所述模拟信号产生音频信号(11)。
2.如权利要求1所述的方法，其中，通过对所述经放大的、未译码的信号(6)进行以比其采样频率低的采样频率的采样来进行识别。
3.如权利要求1所述的方法，其中，通过对所述经放大的、未译码的信号(6)进行以不到所述信号的采样频率的十分之一的采样频率的采样来进行识别。
4.如权利要求1到3中任一项所述的方法，其中，在没有已识别的信号的情况下，所述微处理器(5)在所述微处理器(5)的正常频率的1/10到1/1000的时钟频率下工作。
5.如权利要求1到3中任一项所述的方法，其中，所述经放大的、未译码的信号(6)通过异步且随机地读取经放大的、未译码的数字信号(6)的二进制状态来进行识别。
6.如权利要求1到3中任一项所述的方法，其中，所述经放大的、未译码的信号(6)通过在随机点处以不是其采样频率的倍数的频率读取所述经放大的、未译码的信号(6)来进行识别。
7.如权利要求1到3中任一项所述的方法，其中，所述NRZ编码的数字信号是AES/EBU信号。
8.用于将系统中的NRZ(不归零)编码的数字音频信号(1,6)转换成模拟信号的设备，在该系统中，电子元件(3,4,5)中的至少一些处于睡眠模式或者未激励模式，所述设备包括：
用以放大和接收数字音频信号(1,31)的装置；
用以将放大的、未译码的信号(6)引到微处理器(5)的IO输入以进行识别的装置；
用以在未识别出NRZ编码的数字音频信号(1,31)的情况下将用以实现译码器的电路(4)保持在睡眠模式的装置；
用以在识别到所述NRZ编码的数字音频信号(1,31)时对所述用以实现译码器的电路(4)中的经放大的、未译码的信号(6)进行译码的装置；
用以将经译码的信号(8)引到所述微处理器(5)处进行进一步处理和数/模转换以产生模拟信号的装置；以及
用以由所述模拟信号产生音频信号(11)的装置。
9.如权利要求8所述的设备，其中，所述设备包括用以通过对未译码的信号(6)进行以比其采样频率低、不到所述信号的采样频率的十分之一的采样频率的采样来进行识别的装置。
10.如权利要求8或9所述的设备，其中，所述设备包括用以在没有已识别的信号的情况下使所述微处理器(5)在时钟频率下工作的装置，其中该时钟频率为所述微处理器(5)的正常频率的1/10到1/1000。
11.如权利要求8或9所述的设备，其中，所述设备包括用以通过异步且随机地读取数字信号(6)的二进制状态来识别所述经放大的、未译码的信号(6)的装置。
12.如权利要求8或9所述的设备，其中，所述设备包括用以通过在随机点处以不是其采样频率的倍数的频率读取信号(6)来识别所述经放大的、未译码的信号(6)的装置。
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