CN107622772A - 多通道音频信号并行采集方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多通道音频信号并行采集方法和装置，该方法的步骤包括：通过n个音频传感器接收环境的语音信号，并将语音信号转换为数字信号；接收上位机的指令，以确定语音信号的数据输出方式；其中，输出类型是I2S、SPI、USB三种数据传输方式其中之一者；将数字信号按照上位机指定的数据输出方式进行编码，并输出到上位机。通过本发明，能够转码输出多种类型的语音信号，结构简单且成本低廉。

Description

多通道音频信号并行采集方法和装置

技术领域

本发明涉及信号处理领域，尤其涉及一种多通道音频信号并行采集方法和装置。

背景技术

随着语音识别的发展，智能语音交互技术已经引起越来越多的关注情况下，许多家用电器、监控设备及会议系统等等都趋向于语音控制智能化。而智能语音交互技术离不开对音频信号的采集，而多通道音频信号并行采集是基于阵列的麦克风音频信号处理领域的核心技术。阵列麦克风音频信号处理往往需要对多个传感器同时进行采集，以便利用各路音频信号之间差异性，设计相应的阵列音频信号处理算法，提升智能语音交互的效果。而在对阵列多通道音频信号采集系统的设计过程中，由于是多通道音频信号，故音频数据通道多、数据吞吐量大、数据传输速率快，且实时性要求很高。

现有的设计中目前针对多通道音频信号并行采集系统一般都采用集成的多路A/D芯片来完成多通道音频信号的采集，并且仅能由DSP芯片或FPGA芯片或者ARM处理器来控制多路A/D芯片转换出的音频数据接口时序,完成对多通道音频并行采集，并进行数据打包及传输。而现在市面上常用的处理器虽然大部分都具有I2S接口，但是需要处理多路I2S接口数据，并且还需要保证数据不丢失、实时性高，且音频的同步性能好，这就无疑增加了处理器的选型难度及成本。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种多通道音频信号并行采集方法和装置。

本发明的目的可以通过采用如下的技术措施来实现，设计一种多通道音频信号并行采集方法，该方法的步骤包括：通过n个音频传感器接收环境的语音信号，并将语音信号转换为数字信号；接收上位机的指令，以确定语音信号的数据输出方式；其中，输出类型是I2S、SPI、USB三种数据传输方式其中之一者；将数字信号按照上位机指定的数据输出方式进行编码，并输出到上位机。

本发明的目的可以通过采用如下的技术措施来实现，设计一种多通道音频信号并行采集装置，包括：采集模块，用于接收环境的语音信号，并将语音信号转换为数字信号；接收模块，用于接收上位机的指令，以确定语音信号的数据输出方式；其中，输出类型是I2S、SPI、USB三种数据传输方式其中之一者；编码模块，用于将数字信号按照上位机指定的数据输出方式进行编码，并输出到上位机。

区别于现有技术，本发明的多通道音频信号并行采集方法的步骤包括：通过n个音频传感器接收环境的语音信号，并将语音信号转换为数字信号；接收上位机的指令，以确定语音信号的数据输出方式；其中，输出类型是I2S、SPI、USB三种数据传输方式其中之一者；将数字信号按照上位机指定的数据输出方式进行编码，并输出到上位机。通过本发明，能够转码输出多种类型的语音信号，结构简单且成本低廉。

附图说明

图1是本发明提供的一种多通道音频信号并行采集方法的流程示意图；

图2是本发明提供的一种多通道音频信号并行采集装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步更详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

参阅图1，图1是本发明提供的一种多通道音频信号并行采集方法的流程示意图。该方法的步骤包括：

S110：通过n个音频传感器接收环境的语音信号，并将语音信号转换为数字信号。

设置多个音频传感器采集接收环境的语音信号。在本发明中，音频传感器为MIC传感器或者音频编解码芯片，且设置为两两配对，互为左右声道。音频传感器设置于环境的指定位置，通过互为左右声道的音频传感器采集，形成对应的模拟音频信号。本发明以8个MIC麦克风传感器为例进行说明，8个MIC麦克风传感器两两互为左右声道。8个MIC麦克风传感器将采集到的语音信号传输到A/D转换芯片进行转码，将MIC麦克风传感器采集到的模拟信号转换为数字信号。该A/D转换芯片将互为左右声道的音频传感器采集的模拟信号转换成数字信号后再整合成一路I2S信号，然后经过A/D转换芯片转换为4路I2S数字信号进行输出。

示例的，8个MIC麦克风传感器采集到8路语音信号，经过A/D转换芯片转换为数字信号后，由A/D转换芯片将8个MIC麦克风传感器互为左右声道的MIC麦克风传感器采集的语音信号整合为一路数字信号。采集完成后进入步骤S120。

S120：接收上位机的指令，以确定语音信号的数据输出方式；其中，输出类型是I2S、SPI、USB三种数据传输方式其中之一者。

现在所有的多通道音频并行采集系统技术方案中，每一种技术方案仅能实现I2S或SPI或USB三种数据传输方式中的其中一种方式来传输多通道音频数据，未能实现基于某一种芯片来采集多通道音频数据后进行数据融合再编码成I2S、SPI、USB三种数据传输方式输出，从而导致其应用存在局限性。本发明则可根据上位机的指示，确定需要转换成具体的哪种类型的数据传输方式，接收上位机发送的消息指令，指令指明了数据传输方式。

S130：将数字信号按照上位机指定的数据输出方式进行编码，并输出到上位机。

在确定了数据输出方式后，编码芯片首先接收A/D转换输出的4路I2S格式的数字信号，根据上位机的指令将接收到的4路I2S格式数字信号进行打包，打包后输入一编码装置进行编码。将4路I2S格式数字信号的数据包传输到编码芯片，以将所述数字信号编码为所述上位机指定输出格式的数字信号。该编码装置选取为8-bit C8051core单片机。

在本发明中，系统上电后，先对单片机及A/D转码芯片进行初始化，初始化完成后即等待上位机(处理器)发送命令来选择多通道音频数据的传输方式，单片机接收到上位机发送的命令后，即会配置A/D转码芯片寄存器，使A/D转码芯片工作在系统设计所需要的模式。接着单片机I/O会模拟产生多路I2S接口时序(包括LRCK、BCLK时钟)采集A/D转码芯片输出的多路I2S音频数据。紧接着单片机会将I/O模拟多路I2S接口时序采集到的多通道音频数据融合再编码成上位机选择的数据传输方式。最后单片机会产生上位机选择的数据传输方式相对应的接口时序将融合再编码的多通道音频数据发送给上位机。

I2S音频数据输出是通过I/O模拟I2S时序输出，SPI音频数据输出是参照SPI标准协议，传输时进行时序控制输出音频数据，USB音频数据输出是参照USB标准音频协议进行音频数据传输。

区别于现有技术，本发明的多通道音频信号并行采集方法的步骤包括：通过n个音频传感器接收环境的语音信号，并将语音信号转换为数字信号；接收上位机的指令，以确定语音信号的数据输出方式；其中，输出类型至少包括I2S、SPI、USB三种数据传输方式其中之一者；将数字信号按照上位机指定的数据输出方式进行编码，并输出到上位机。通过本发明，能够转码输出多种类型的语音信号，结构简单且成本低廉。

参阅图2，图2是本发明提供的一种多通道音频信号并行采集装置的结构示意图。该装置200包括采集模块210、接收模块220和编码模块230。

采集模块210用于接收环境的语音信号，并将所述语音信号转换为数字信号。采集模块210包括采集单元211、转码单元212和整合单元213。采集模块210包括n个两两配对的左右声道的麦克风或音频编解码芯片。

其中，采集单元211用于通过n个两两配对的左右声道的麦克风采集n路环境的语音信号；转码单元212用于将n路语音信号通过A/D转码芯片转换为数字信号；整合单元213用于将属于同一组配对的左右声道的麦克风采集到的语音信号转换成的数字信号拟合为一路整合数字信号。

示例的，8个MIC麦克风传感器采集到8路语音信号，经过A/D转换芯片转换为数字信号后，由A/D转换芯片将8个MIC麦克风传感器互为左右声道的MIC麦克风传感器采集的语音信号整合为4路数字信号。

采集模块210还包括输出单元214，用于将A/D转码芯片输出的4路数字信号编码为I2S格式的数字信号输出。

接收模块220用于接收上位机的指令，以确定语音信号的数据输出方式；其中，输出类型是I2S、SPI、USB三种数据传输方式其中之一者。

本发明则可根据上位机的指示，确定需要转换成具体的哪种类型的数据传输方式，接收上位机发送的消息指令，指令指明了数据传输方式。

编码模块230用于将所述数字信号按照所述上位机指定的数据输出方式进行编码，并输出到所述上位机。编码模块230包括接收单元231、打包单元232和转换单元233。

接收单元231用于接收A/D转码芯片输出的4路I2S格式的数字信号；打包单元232用于将4路I2S格式的数字信号进行打包；转换单元233用于将4路I2S格式数字信号的数据包传输到编码芯片，以将数字信号编码为上位机指定输出格式的数字信号。

在本发明中，系统上电后，先对单片机及A/D转码芯片进行初始化，初始化完成后即等待上位机(处理器)发送命令来选择多通道音频数据的传输方式，单片机接收到上位机发送的命令后，即会配置A/D转码芯片寄存器，使A/D转码芯片工作在系统设计所需要的模式。接着单片机I/O会模拟产生多路I2S接口时序(包括LRCK、BCLK时钟)采集A/D转码芯片输出的多路I2S音频数据。紧接着单片机会将I/O模拟多路I2S接口时序采集到的多通道音频数据融合再编码成上位机选择的数据传输方式。最后单片机会产生上位机选择的数据传输方式相对应的接口时序将融合再编码的多通道音频数据发送给上位机。

I2S音频数据输出是通过I/O模拟I2S时序输出，SPI音频数据输出是参照SPI标准协议，传输时进行时序控制输出音频数据，USB音频数据输出是参照USB标准音频协议进行音频数据传输。

区别于现有技术，本发明的多通道音频信号并行采集装置，包括：采集模块，用于接收环境的语音信号，并将语音信号转换为数字信号；接收模块，用于接收上位机的指令，以确定语音信号的数据输出方式；其中，输出类型至少包括I2S、SPI、USB三种数据传输方式其中之一者；编码模块，用于将数字信号按照上位机指定的数据输出方式进行编码，并输出到上位机。通过本发明，能够转码输出多种类型的语音信号，结构简单且成本低廉。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种多通道音频信号并行采集方法，其特征在于，包括：

通过n个音频传感器接收环境的语音信号，并将所述语音信号转换为数字信号；

接收上位机的指令，以确定所述语音信号的数据输出方式；其中，所述输出类型是I2S、SPI、USB三种数据传输方式其中之一者；

将所述数字信号按照所述上位机指定的数据输出方式进行编码，并输出到所述上位机。

2.根据权利要求1所述的多通道音频信号并行采集方法，其特征在于，所述n个音频传感器为两两配对的左右声道的麦克风或音频编解码芯片。

3.根据权利要求2所述的多通道音频信号并行采集方法，其特征在于，在通过n个音频传感器接收环境的语音信号，并将所述语音信号转换为数字信号的步骤中，包括步骤：

n个两两配对的左右声道的麦克风采集到n路环境的语音信号；

将n路语音信号通过A/D转码芯片转换为数字信号；

将属于同一组配对的左右声道的麦克风采集到的语音信号转换成的数字信号拟合为一路整合数字信号。

4.根据权利要求2所述的多通道音频信号并行采集方法，其特征在于，在将所述数字信号按照所述上位机指定的数据输出方式进行编码，并输出到所述上位机的步骤之前，包括步骤：

将所述A/D转码芯片输出的n/2路I2S格式的数字信号进行采集。

5.根据权利要求4所述的多通道音频信号并行采集方法，其特征在于，在将所述数字信号按照所述上位机指定的数据输出方式进行编码，并输出到所述上位机的步骤中，包括步骤：

接收所述A/D转码芯片输出的n/2路I2S格式的数字信号；

将所述n/2路I2S格式的数字信号进行打包；

将n/2路I2S格式数字信号的数据包传输到编码芯片，以将所述数字信号编码为所述上位机指定输出格式的数字信号。

6.一种多通道音频信号并行采集装置，其特征在于，包括：

采集模块，用于接收环境的语音信号，并将所述语音信号转换为数字信号；

接收模块，用于接收上位机的指令，以确定所述语音信号的数据输出方式；其中，所述输出类型是I2S、SPI、USB三种数据传输方式其中之一者；

编码模块，用于将所述数字信号按照所述上位机指定的数据输出方式进行编码，并输出到所述上位机。

7.根据权利要求6所述的多通道音频信号并行采集装置，其特征在于，所述采集模块包括：

采集单元，用于通过n个两两配对的左右声道的麦克风采集n路环境的语音信号；

转码单元，用于将n路语音信号通过A/D转码芯片转换为数字信号；

整合单元，用于将属于同一组配对的左右声道的麦克风采集到的语音信号转换成的数字信号拟合为一路整合数字信号。

8.根据权利要求7所述的多通道音频信号并行采集装置，其特征在于，所述采集模块包括n个两两配对的左右声道的麦克风或音频编解码芯片。

9.根据权利要求7所述的多通道音频信号并行采集装置，其特征在于，所述采集模块还包括输出单元，用于将所述A/D转码芯片转码的数字信号编码成n/2路I2S格式的数字信号输出。

10.根据权利要求9所述的多通道音频信号并行采集装置，其特征在于，所述编码模块包括：

接收单元，用于接收所述A/D转码芯片输出的n/2路I2S格式的数字信号；

打包单元，用于将所述I2S格式的数字信号进行打包；

转换单元，用于将n/2路I2S格式数字信号的数据包传输到编码芯片，以将所述数字信号编码为所述上位机指定输出格式的数字信号。