CN109379674B - 一种基于cpld实现多路音频聚合装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于CPLD实现多路音频聚合装置，包括一音频编解码器组、一蓝牙模块、一CPU以及一CPLD；所述音频编解码器组与所述CPLD连接，所述蓝牙模块与所述CPLD连接，所述CPLD与所述CPU连接；本发明还提供了一种基于CPLD实现多路音频聚合方法。本发明的优点在于：低成本扩展音频接口，实现多路音频同时输入；可配置音频通道的采样率、采样精度；可对音频数据进行滤波处理从而得到高保真的音频数据。

Description

一种基于CPLD实现多路音频聚合装置及方法

技术领域

本发明涉及一种音频聚合装置及方法，特别指一种基于CPLD实现多路音频聚合装置及方法。

背景技术

随着信息技术的进步，人们越来越多的使用视频会议，进行远程商讨工作，提高工作效率。视频会议即指位于两个或多个地点的人们，通过通信设备和网络，进行在线交谈的会议。视频会议系统离不开对音频信号的采集，人们越来越重视高音质以及低延时的音频体验，因此需要多个通道并行采集音频信号，具有数据量大，实时性要求高的特点。

现有技术一般采用如下两种方式，其一是采用CPU加音频编解码器；其二是采用CPU加多路高精度模数转换器。但是这方法一存在有如下问题：大多数的CPU只带有一个I2S接口，只能做两路的音频数据处理，而带有多个I2S接口的CPU型号较少，成本高，当需要对较多路的音频进行处理时，I2S接口的数量可能还是不够。方法二存在有如下问题：采用多路高精度模数转换器使得电路设计复杂，成本较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一，在于提供一种基于CPLD实现多路音频聚合装置，用于扩展音频接口，实现多路音频同时输入，降低扩展成本。

本发明是这样实现技术问题之一的：一种基于CPLD实现多路音频聚合装置，包括一音频编解码器组、一蓝牙模块、一CPU以及一CPLD；所述音频编解码器组与所述CPLD连接，所述蓝牙模块与所述CPLD连接，所述CPLD与所述CPU连接。

进一步地，所述CPLD包括一第一总线接口组、一第二总线接口、一第三总线接口、一第四总线接口、一寄存器以及一滤波模块；所述第一总线接口组的一端与所述音频编解码器组连接，另一端与所述寄存器连接；所述寄存器的输入端与所述第二总线接口的输出端连接；所述第二总线接口以及第三总线接口均与所述CPU连接；所述第四总线接口的一端与所述蓝牙模块连接，另一端与所述第三总线接口连接；所述滤波模块的一端与所述第一总线接口组连接，另一端与所述第三总线接口连接。

进一步地，所述第一总线接口组包括复数个I2S接口；所述第二总线接口为SPI接口；所述第三总线接口为I2S接口；所述第四总线接口为PCM接口。

进一步地，所述滤波模块为IIR滤波器或者FIR滤波器。

本发明要解决的技术问题之二，在于提供一种基于CPLD实现多路音频聚合方法，用于扩展音频接口，实现多路音频同时输入，降低扩展成本。

本发明是这样实现技术问题之二的：一种基于CPLD实现多路音频聚合方法，所述方法需使用如权利要求1至4任一所述的聚合装置，所述方法包括如下步骤：

步骤S1、CPU设置音频通道采样率以及采样精度参数，并存储至CPLD，CPLD将音频通道采样率以及采样精度参数传输至音频编解码器组；

步骤S2、CPU将主时钟通过CPLD传输给音频编解码器组，以作为音频编解码器组的工作时钟；

步骤S3、音频编解码器组将多路音频数据通过编解码转化为I2S信号，并依据采样率以及采样精度参数对每个通道的音频数据进行分频，分频后将音频数据传输给CPLD；

步骤S4、CPLD接收完音频数据，对音频数据加入通道标识并进行滤波，并将音频数据按通道标识顺序依次传输至CPU；

步骤S5、CPU根据通道标识读取每个通道的音频数据，并对音频数据进行处理；

步骤S6、CPU在处理后的每个通道的音频数据后加入通道标识，并传输给CPLD；

步骤S7、CPLD将音频数据去除通道标识，并传输给音频编解码器组或者蓝牙模块进行播放。

进一步地，所述步骤S1具体为：

CPU设置音频通道采样率以及采样精度参数，并通过第二总线接口存储至CPLD的寄存器中，CPLD将音频通道采样率以及采样精度参数通过第一总线接口组传输至音频编解码器组；

CPU输出帧时钟至寄存器作为音频通道采样率，CPU输出位时钟至寄存器作为音频通道采样精度，位时钟频率＝最高采样率×通道数×最高采样精度位数，最高采样精度位数为音频有效数据位数加通道标识位数，其中通道标识位数为8位。

进一步地，所述步骤S2中，所述CPU将主时钟通过CPLD传输给音频编解码器组具体为：

CPU将主时钟通过第三总线接口传输给CPLD，CPLD将主时钟通过第一总线接口组传输给音频编解码器组；

进一步地，所述步骤S4具体为：

CPLD接收完每个通道的音频数据，对各音频数据均加入通道标识、并将带有通道标识的音频数据传输至滤波模块进行滤波，并将音频数据按通道标识顺序依次传输至CPU；

其中第三总线接口的帧信号到来时，接收完整的音频数据直接传输给CPU，未接收完整的音频数据用0替代后传输给CPU，并等待下次第三总线接口的帧信号到来且音频数据接收完整时重新发送。

进一步地，所述步骤S6中，所述并传输给CPLD具体为：

并通过第三总线接口传输给CPLD。

进一步地，所述步骤S7中，所述传输给音频编解码器组或者蓝牙模块进行播放具体为：

将音频数据转化为I2S格式并传输给音频编解码器组进行播放或者将音频数据转化为PCM格式并传输给蓝牙模块进行播放。

本发明的优点在于：

1、通过所述CPLD，实现将多个不同接口传输的音频数据整合到一路I2S接口上，解决了所述CPU的I2S接口不够的问题，通用性强。

2、通过在所述CPLD内部设置寄存器，使得所述CPU可以通过SPI接口配置音频数据的采样率以及采样精度。

3、通过在所述CPLD内部设置滤波模块，使得CPLD可对音频数据进行滤波处理从而得到高保真的音频数据。

4、通过所述CPU给出主时钟，使得各时钟没有相位差，保证了音频数据的同步。

5、通过将未接收完整的音频数据用0替代后传输至所述CPU，并等待下次接收完整时重新发送，可以匹配音频通道间不同的采样率，保证每通道的音频数据不丢失，不多发。

6、通道标识位数为8位，可根据通道标识位数调整不同通道的采样精度。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1是本发明基于CPLD实现多路音频聚合装置的电路原理框图。

图2是本发明基于CPLD实现多路音频聚合方法的流程图。

附图说明：

100-聚合装置，1-CPLD，2-音频编解码器组，3-蓝牙模块，4-CPU，11-第一总线接口组，12-第二总线接口，13-第三总线接口，14-第四总线接口，15-寄存器，16-滤波模块。

具体实施方式

请参照图1所示，本发明基于CPLD实现多路音频聚合装置100的较佳实施例，包括一音频编解码器组2、一蓝牙模块3、一CPU4以及一CPLD1；所述音频编解码器组2与所述CPLD1连接，所述蓝牙模块3与所述CPLD1连接，所述CPLD1与所述CPU4连接；所述音频编解码器组2包括复数个音频编解码器，用于对多路的音频数据进行编码以及解码；所述CPU4采用RK3288。

所述CPLD1包括一第一总线接口组11、一第二总线接口12、一第三总线接口13、一第四总线接口14、一寄存器15以及一滤波模块16；所述寄存器15用于配置音频数据的采样率以及采样精度；所述滤波模块16用于对音频数据进行滤波处理从而得到高保真的音频数据；所述第一总线接口组11的一端与所述音频编解码器组2连接，另一端与所述寄存器15连接；所述寄存器15的输入端与所述第二总线接口12的输出端连接；所述第二总线接口12以及第三总线接口13均与所述CPU4连接；所述第四总线接口14的一端与所述蓝牙模块3连接，另一端与所述第三总线接口13连接；所述滤波模块16的一端与所述第一总线接口组11连接，另一端与所述第三总线接口13连接。

所述第一总线接口组11包括复数个I2S接口；所述第二总线接口12为SPI接口；所述第三总线接口13为I2S接口；所述第四总线接口14为PCM接口。

所述滤波模块16为IIR滤波器或者FIR滤波器，用于对音频数据进行滤波处理从而得到高保真的音频数据。

请参照图2所示，本发明基于CPLD实现多路音频聚合方法的较佳实施例，包括如下步骤：

步骤S1、CPU4设置音频通道采样率以及采样精度参数，并存储至CPLD1，CPLD1将音频通道采样率以及采样精度参数传输至音频编解码器组2；

步骤S2、CPU4将主时钟通过CPLD1传输给音频编解码器组2，以作为音频编解码器组2的工作时钟；通过CPU4给出主时钟，使得各时钟没有相位差，保证了音频数据的同步；

步骤S3、音频编解码器组2将多路音频数据通过编解码转化为I2S信号，并依据采样率以及采样精度参数对每个通道的音频数据进行分频，分频后将音频数据传输给CPLD1；

步骤S4、CPLD1接收完音频数据，对音频数据加入8位通道标识并进行滤波，并将音频数据按通道标识顺序依次以CPU4端的I2S格式传输至CPU4；

步骤S5、CPU4根据通道标识读取每个通道的音频数据，并对音频数据进行处理；

步骤S6、CPU4在处理后的每个通道的音频数据后加入通道标识，并传输给CPLD1；

步骤S7、CPLD1将音频数据去除通道标识，并传输给音频编解码器组2或者蓝牙模块3进行播放。

所述步骤S1具体为：

CPU4设置音频通道采样率以及采样精度参数，并通过第二总线接口12存储至CPLD1的寄存器15中，CPLD1将音频通道采样率以及采样精度参数通过第一总线接口组11传输至音频编解码器组2；

CPU4输出帧时钟至寄存器15作为音频通道采样率，CPU4输出位时钟至寄存器15作为音频通道采样精度，位时钟频率＝最高采样率×通道数×最高采样精度位数，最高采样精度位数为音频有效数据位数加通道标识位数，其中通道标识位数为8位，可根据通道标识位数调整不同通道的采样精度。

所述步骤S2中，所述CPU4将主时钟通过CPLD1传输给音频编解码器组2具体为：

CPU4将主时钟通过第三总线接口13传输给CPLD1，CPLD1将主时钟通过第一总线接口组11传输给音频编解码器组2；

所述步骤S4具体为：

CPLD1接收完每个通道的音频数据，对各音频数据均加入通道标识、并将带有通道标识的音频数据传输至滤波模块16进行滤波，并将音频数据按通道标识顺序依次传输至CPU4；

其中第三总线接口13的帧信号到来时，接收完整的音频数据直接传输给CPU4，未接收完整的音频数据用0替代后传输给CPU4，并等待下次第三总线接口13的帧信号到来且音频数据接收完整时重新发送；此步骤可以匹配音频通道间不同的采样率，保证每通道的音频数据不丢失，不多发。

所述步骤S6中，所述并传输给CPLD1具体为：

并通过第三总线接口13传输给CPLD1。

所述步骤S7中，所述传输给音频编解码器组2或者蓝牙模块3进行播放具体为：

将音频数据转化为I2S格式并传输给音频编解码器组2进行播放或者将音频数据转化为PCM格式并传输给蓝牙模块3进行播放。

综上所述，本发明的优点在于：

1、通过所述CPLD，实现将多个不同接口传输的音频数据整合到一路I2S接口上，解决了所述CPU的I2S接口不够的问题，通用性强。

2、通过在所述CPLD内部设置寄存器，使得所述CPU可以通过SPI接口配置音频数据的采样率以及采样精度。

3、通过在所述CPLD内部设置滤波模块，使得CPLD可对音频数据进行滤波处理从而得到高保真的音频数据。

4、通过所述CPU给出主时钟，使得各时钟没有相位差，保证了音频数据的同步。

5、通过将未接收完整的音频数据用0替代后传输至所述CPU，并等待下次接收完整时重新发送，可以匹配音频通道间不同的采样率，保证每通道的音频数据不丢失，不多发。

6、通道标识位数为8位，可根据通道标识位数调整不同通道的采样精度。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (7)

1.一种基于CPLD实现多路音频聚合装置，其特征在于：包括一音频编解码器组、一蓝牙模块、一CPU以及一CPLD；所述音频编解码器组与所述CPLD连接，所述蓝牙模块与所述CPLD连接，所述CPLD与所述CPU连接；所述音频编解码器组包括复数个音频编解码器；

所述CPLD包括一第一总线接口组、一第二总线接口、一第三总线接口、一第四总线接口、一寄存器以及一滤波模块；所述第一总线接口组的一端与所述音频编解码器组连接，另一端与所述寄存器连接；所述寄存器的输入端与所述第二总线接口的输出端连接；所述第二总线接口以及第三总线接口均与所述CPU连接；所述第四总线接口的一端与所述蓝牙模块连接，另一端与所述第三总线接口连接；所述滤波模块的一端与所述第一总线接口组连接，另一端与所述第三总线接口连接；

所述第一总线接口组包括复数个I2S接口；所述第二总线接口为SPI接口；所述第三总线接口为I2S接口；所述第四总线接口为PCM接口；

所述滤波模块为IIR滤波器或者FIR滤波器。

2.一种基于CPLD实现多路音频聚合方法，其特征在于：所述方法需使用如权利要求1所述的聚合装置，所述方法包括如下步骤：

步骤S1、CPU设置音频通道采样率以及采样精度参数，并存储至CPLD，CPLD将音频通道采样率以及采样精度参数传输至音频编解码器组；

步骤S2、CPU将主时钟通过CPLD传输给音频编解码器组，以作为音频编解码器组的工作时钟；

步骤S3、音频编解码器组将多路音频数据通过编解码转化为I2S信号，并依据采样率以及采样精度参数对每个通道的音频数据进行分频，分频后将音频数据传输给CPLD；

步骤S4、CPLD接收完音频数据，对音频数据加入通道标识并进行滤波，并将音频数据按通道标识顺序依次传输至CPU；

步骤S5、CPU根据通道标识读取每个通道的音频数据，并对音频数据进行处理；

步骤S6、CPU在处理后的每个通道的音频数据后加入通道标识，并传输给CPLD；

步骤S7、CPLD将音频数据去除通道标识，并传输给音频编解码器组或者蓝牙模块进行播放。

3.如权利要求2所述的基于CPLD实现多路音频聚合方法，其特征在于：所述步骤S1具体为：

CPU设置音频通道采样率以及采样精度参数，并通过第二总线接口存储至CPLD的寄存器中，CPLD将音频通道采样率以及采样精度参数通过第一总线接口组传输至音频编解码器组；

CPU输出帧时钟至寄存器作为音频通道采样率，CPU输出位时钟至寄存器作为音频通道采样精度，位时钟频率＝最高采样率×通道数×最高采样精度位数，最高采样精度位数为音频有效数据位数加通道标识位数，其中通道标识位数为8位。

4.如权利要求2所述的基于CPLD实现多路音频聚合方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述CPU将主时钟通过CPLD传输给音频编解码器组具体为：

CPU将主时钟通过第三总线接口传输给CPLD，CPLD将主时钟通过第一总线接口组传输给音频编解码器组。

5.如权利要求2所述的基于CPLD实现多路音频聚合方法，其特征在于：所述步骤S4具体为：

CPLD接收完每个通道的音频数据，对各音频数据均加入通道标识、并将带有通道标识的音频数据传输至滤波模块进行滤波，并将音频数据按通道标识顺序依次传输至CPU；

其中第三总线接口的帧信号到来时，接收完整的音频数据直接传输给CPU，未接收完整的音频数据用0替代后传输给CPU，并等待下次第三总线接口的帧信号到来且音频数据接收完整时重新发送。

6.如权利要求2所述的基于CPLD实现多路音频聚合方法，其特征在于：所述步骤S6中，所述并传输给CPLD具体为：

并通过第三总线接口传输给CPLD。

7.如权利要求2所述的基于CPLD实现多路音频聚合方法，其特征在于：所述步骤S7中，所述传输给音频编解码器组或者蓝牙模块进行播放具体为：

将音频数据转化为I2S格式并传输给音频编解码器组进行播放或者将音频数据转化为PCM格式并传输给蓝牙模块进行播放。