CN113961167A - 一种多通道音频数据处理方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多通道音频数据处理方法，包括如下步骤：S101.对输入音频数据进行数据内存管理；S102.获取模式配置指令，基于所述模式配置指令确定所述输入音频数据的处理方法和对应的数据输出通道；S103.根据所述处理方法和所述对应的数据输出通道对所述输入音频数据进行处理并输出。本发明通过引入配置接口，从而在音频数据处理的过程中加入了更新配置机制，使得输入音频数据的数据帧中的多个通道可分别配置诸如数据交换、复制、加和、功率分配和采样率变换等不同的配置类型，实现不同的功能。
Description
技术领域
本发明涉及音频数据处理技术领域，尤其涉及一种多通道音频数据处理方法及装置。
背景技术
随着麦克风阵列信号处理技术、多站点信号监测干扰技术等相关领域的科技发展，需要对多通道音频数据进行采集，并根据要求输出不同的数据样本，以模拟多种应用场景，实现多通道同时进行信号处理性能或者监测干扰效果的仿真和应用，提高算法评估效率。
现有的音频数据处理装置的功能较为单一，不具有更新配置的功能。且一般通道数较少，通常为了扩展通道数，会使用大量的A/D和D/A转换芯片，处理器与转换芯片连接时采用独立的发送数据线和接收数据线，接线较复杂，芯片堆叠现象严重，装置无法做到小型化，携带和使用不便。
发明内容
针对背景技术中提到的现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供一种多通道音频数据处理方法，包括如下步骤：
S101.对输入音频数据进行数据内存管理；
S102.获取模式配置指令，基于所述模式配置指令确定所述输入音频数据的处理方法和对应的数据输出通道；
S103.根据所述处理方法和所述对应的数据输出通道对所述输入音频数据进行处理并输出。
根据本发明提供的多通道音频数据处理方法，所述对输入音频数据进行数据内存管理具体为：
配置数字信号处理器中的DMA控制器，使得各通道接收的所述输入音频数据按照通道号大小顺序排列于连续的地址空间内，再根据所述通道号一一对应的方式，由所述对应的数据输出通道原样输出。
根据本发明提供的多通道音频数据处理方法，所述模式配置指令包括起始位、指令信息段和结束位；所述指令信息段包括数据交换、复制、加和、功率分配和采样率变换的配置类型中的一种或多种。
根据本发明提供的多通道音频数据处理方法，当所述配置类型为采样率变换时，所述指令信息段还包括采样率数值；当所述配置类型为数据交换、复制或加和时，所述指令信息段还包括对所述输入音频数据进行处理涉及的输入通道号和输出通道号；当所述配置类型为功率分配时，所述指令信息段还包括各个输出通道的功率分配参数。
根据本发明提供的多通道音频数据处理方法，所述输入音频数据的处理手段为缓冲区内存拷贝。
另一方面，本发明提供一种能够实现上述任一处理方法的多通道音频数据处理装置，包括依次电连接的外部数据连接器、接口电平转换器、数字信号处理器、编码译码器和外部音频连接器；
所述外部数据连接器和所述数字信号处理器之间还通过电源管理芯片连接；
与所述数字信号处理器分别连接的还包括非易失存储器和晶振；
外部设备能够通过所述外部数据连接器的配置接口来对所述多通道音频数据处理装置进行更新配置。
根据本发明提供的多通道音频数据处理装置，所述更新配置的配置类型包括数据交换、复制、加和、功率分配和采样率变换中的一种或多种，且输入音频数据的数据帧中的多个通道可分别配置不同的配置类型。
根据本发明提供的多通道音频数据处理装置，所述编码译码器使用多个同型号的编码译码单元，且所述数字信号处理器与多个所述编码译码单元的音频传输通路共用同一组MCASP数据总线，支持不少于8个通道音频数据的并行处理。
根据本发明提供的多通道音频数据处理装置，所述数字信号处理器与所述编码译码器的指令控制通路通过I2C总线连接。
本发明提供的一种多通道音频数据处理方法及装置，通过引入配置接口，从而在音频数据处理的过程中加入了更新配置机制，使得输入音频数据的数据帧中的多个通道可分别配置诸如数据交换、复制、加和、功率分配和采样率变换等不同的配置类型，实现不同的功能；支持不少于8个通道音频数据的并行采集；选用编码译码器进行模数转换，数字信号处理器与多个编码译码器单元的音频传输通路共用同一组数据总线，实现了装置的小型化，携带方便，且可使用USB接口供电及更新配置。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些较佳实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种多通道音频数据处理方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种多通道音频数据处理方法的时分复用示意图；
图3是本发明实施例提供的一种多通道音频数据处理方法的数据内存管理示意图；
图4是本发明实施例提供的一种多通道音频数据处理方法的处理过程示意图；
图5是本发明实施例提供的一种多通道音频数据处理装置的结构示意框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合一些附图对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，在一个实施例中，本发明提供一种多通道音频数据处理方法，包括S101-S103的步骤：
S101.对输入音频数据进行数据内存管理。
装置内部的数字信号处理器与多个编码译码单元的音频传输通路共用同一组MCASP数据总线连接，数字信号处理器与编码译码器采用时分复用的方式进行音频数据的传输。
如图2所示，时分复用数据格式常用于在数字信号处理器和一个或多个模数转换器(ADC)、数模转换器(DAC)或S/PDIF接收器(DIR)之间传输数据。在一个基本的同步串行传输过程中，时分复用数据格式包含三个组成部分，分别是时钟信号、数据信号和帧同步信号。在时分复用传输过程中，所有的数据位都与串行时钟同步，数据位被分组成时隙(slot)，所述时隙(slot)也被称为通道。一个数据帧是由多个时隙(或通道)组成。每个时分复用数据帧由帧同步信号定义，帧同步信号通常由上升沿标记起始时刻，信号位宽持续一个数据帧时隙的长度。时分复用数据格式常用于采样率固定的情况下，因此，数据传输是连续的和周期性的。时隙之间没有延时，时隙N+1的第一个比特数据在下一个串行时钟到来时，紧跟着时隙N的最后一个比特数据发出；并且，下一数据帧第一个时隙的第一个比特数据，也会在下一个串行时钟到来时，紧跟着上一个数据帧最后一个时隙的最后一个比特数据发出。由于帧同步信号无法定位每个时隙的边界，这就要求发送方和接收方的每个时隙的比特数是一致的。因此，使用高精度晶振并且使用编解码器替换独立的ADC和DAC的组合，有利于确保数据采样的准确性。
在进行数据内存管理时，通过配置数字信号处理器中的DMA控制器，使得各通道接收的所述输入音频数据按照通道号大小顺序排列于连续的地址空间内，再根据所述通道号一一对应的方式，由所述对应的数据输出通道原样输出。对输入音频数据进行数据内存管理是为了降低后续处理算法的复杂性，以及减少后续修改配置的处理延时。
在一个实施例中，如图3所示，数据内存管理以一定数量的数据帧为最小处理单元，包括：一个时隙包括A个比特数据，一帧包括B个时隙，一定数量的数据帧包括C个数据帧。
以数字信号处理器接收音频数据为例，数字信号处理器中的DMA控制器源地址固定，均为MCASP接收接口缓存地址，目的地址为数字信号处理器内存空间IN[B][C]，一帧内相邻时隙之间目的地址的变换量BX＝A，相邻帧之间目的地址的变换量CX＝(－(B－1)*C*A+A)，DMA控制器完成C个数据帧的搬移后，通过中断方式通知数字信号处理器。经过上述过程，各通道接收的音频数据将按照通道号排列于连续的地址空间内，用数组表示为IN[B][C],数组的每个元素大小为A比特。假设采样频率为fs(单位kHz)，则每一单元的数据处理延时为A*B*C/fs(单位ms)。
默认配置条件下，为使输入的音频数据按照通道号一一对应的方式，由相应的输出通道原样输出，将IN[B][C]的数据直接复制到OUT[B][C]。
类似的，数字信号处理器发送音频数据时，DMA控制器目的地址固定，均为MCASP发送接口缓存地址，源地址为数字信号处理器内存空间OUT[B][C]，一帧内相邻时隙之间源地址的变换量BX＝A，相邻帧之间源地址的变换量CX＝(－(B－1)*C*A+A)，经过上述过程，输入的音频数据将由相对应的输出通道发送出去。
S102.获取模式配置指令，基于所述模式配置指令确定所述输入音频数据的处理方法和对应的数据输出通道。通过外部设备的设置来发送模式配置指令，检测所述指令内容，确定所述输入音频数据的处理方法和对应的数据输出通道。
在一个实施例中，数据输出通道使用RS232接口，接口速率为115200，模式配置指令需要具备起始位、指令信息段、结束位，指令信息段需要包括数据交换、复制、加和、功率分配或采样率变换的配置类型中的一种或多种。
当配置类型为采样率变换时，指令信息段需要包括采样率数值(8kHz-96kHz)；当配置类型为数据交换、复制、加和时，指令信息段需要包括音频数据处理涉及的输入通道号和输出通道号；特别的，当配置类型为功率分配时，指令信息段还需要包括各个输出通道的功率分配参数。
S103.根据所述处理方法和所述对应的数据输出通道对所述输入音频数据进行处理并输出。
在一个实施例中，如图4所示，利用数据内存管理的有益效果，在音频数据的处理过程中，以缓冲区内存拷贝为主要处理手段。
在数据交换处理过程中，假设需要将通道M、通道N接收的音频数据分别通过通道N、通道M发出，仅需要在DMA中断触发时，将通道M、通道N对应的接收缓冲区内存分别拷贝到通道N、通道M对应的发送缓冲区内存中。
在复制处理过程中，假设需要将通道M接收的音频数据通过通道N1、N2、N3发出，仅需要在DMA中断触发时，将通道M对应的接收缓冲区内存拷贝到通道N1、N2、N3对应的发送缓冲区内存中。
在加和处理过程中，假设装置任一通道接收和传输n个数据帧支持的最大功率为Pmax，同时需要将通道M1、M2、M3接收的音频数据通过通道N发出。
首先，计算M1、M2、M3接收n个数据帧的音频数据功率总和Ptotal。
若Ptotal≤Pmax，则仅需要在DMA中断触发时，将通道M1、M2、M3对应的接收缓冲区内存加和拷贝到通道N对应的发送缓冲区内存中；
若Ptotal>Pmax，则需要在DMA中断触发时，将通道M1、M2、M3对应的接收缓冲区内存乘以Pmax/Ptotal再加和拷贝到通道N对应的发送缓冲区内存中；
在功率分配处理过程中，假设需要将通道M接收的音频数据按照P1，P2，P3的比例系数通过通道N1、N2、N3发出，其中PM＝P1+P2+P3，则需要在DMA中断触发时，将通道M对应的接收缓冲区内存分别乘以P1/PM、P2/PM、P3/PM再拷贝到通道N1、N2、N3对应的发送缓冲区内存中。
在加和处理过程和功率分配处理过程中，进行上述计算和处理是内部信号的处理机制，目的是确保数据不溢出，确保输出信号不发生异变。
在采样率变换处理过程中，仅需要更改MCASP接口配置及编解码器配置，使采样时钟频率与新的采样率数值相对应。
在另一个实施例中，如图5所示，本发明提供一种能够实现上述任一处理方法的多通道音频数据处理装置，包括依次电连接的外部数据连接器、接口电平转换器、数字信号处理器、编码译码器和外部音频连接器；
所述外部数据连接器和所述数字信号处理器之间还通过电源管理芯片连接；
与所述数字信号处理器分别连接的还包括非易失存储器和晶振；
外部设备能够通过所述外部数据连接器的配置接口来对所述多通道音频数据处理装置进行更新配置。更新配置的配置类型包括数据交换、复制、加和、功率分配和采样率变换中的一种或多种，且输入音频数据的数据帧中的多个通道可分别配置不同的配置类型。
数字信号处理器与编码译码器的指令控制通路使用I2C总线连接。优选的，编码译码器使用多个同型号的编码译码单元，且数字信号处理器与多个编码译码单元的音频传输通路共用同一组MCASP数据总线，支持不少于8个通道音频数据的并行处理，数据总线包括数据输入、数据输出、采样时钟、帧时钟和比特时钟等信号线。
数字信号处理器用于接收配置指令，完成音频数据的处理过程；电源管理芯片用于将外部输入的电源电压转换为其他芯片工作时所需的合适电压；非易失存储器用于存储处理器启动程序和必要的配置信息；晶振用于确保采样时钟的准确性；编码译码器用于完成多通道音频数据的采集和输出过程；接口电平转换器用于实现数字信号处理器与外部控制设备(例如外部计算机终端)的通信。
在另一个实施例中，数字信号处理器可选用主时钟可达456MHz的型号为TMS320C6748BZWTD4的DSP芯片；电源管理芯片可选用型号为TPS650250RHB的DCDC芯片，外接电压为5V的USB电源输入，具有三路电源输出，分别为3.3V、1.8V和1.3V；非易失存储器可选用型号为MT29F4G16ABADAH4的NAND FLASH芯片，存储空间达到16Gb；晶振可选用高稳定度压控晶振，晶振输出频率为24.576MHZ，频率稳定度为1ppm；编码译码单元使用4片，型号一致，配置为不同的物理地址，可选用型号为TLV320AIC3106IRGZ的CODEC芯片，支持8kHz-96kHz音频数据的输入输出，模拟信号电压为3.3V；接口电平转换器可选用型号为FT232RQ的USB转UART芯片；外部数据连接器和外部音频连接器可选用RCA接口音频连接器和USBtype B接口数据连接器。装置尺寸具体可以为146mm(长)x 106mm(宽)x 25mm(高)。
以上所述仅为本发明的一些较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种多通道音频数据处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
S101.对输入音频数据进行数据内存管理；
S102.获取模式配置指令，基于所述模式配置指令确定所述输入音频数据的处理方法和对应的数据输出通道；
S103.根据所述处理方法和所述对应的数据输出通道对所述输入音频数据进行处理并输出。
2.根据权利要求1所述的多通道音频数据处理方法，其特征在于，所述对输入音频数据进行数据内存管理具体为：
配置数字信号处理器中的DMA控制器，使得各通道接收的所述输入音频数据按照通道号大小顺序排列于连续的地址空间内，再根据所述通道号一一对应的方式，由所述对应的数据输出通道原样输出。
3.根据权利要求1所述的多通道音频数据处理方法，其特征在于，所述模式配置指令包括起始位、指令信息段和结束位；所述指令信息段包括数据交换、复制、加和、功率分配和采样率变换的配置类型中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的多通道音频数据处理方法，其特征在于，当所述配置类型为采样率变换时，所述指令信息段还包括采样率数值；当所述配置类型为数据交换、复制或加和时，所述指令信息段还包括对所述输入音频数据进行处理涉及的输入通道号和输出通道号；当所述配置类型为功率分配时，所述指令信息段还包括各个输出通道的功率分配参数。
5.根据权利要求1所述的多通道音频数据处理方法，其特征在于，所述输入音频数据的处理手段为缓冲区内存拷贝。
6.一种能够实现权利要求1-5中任一处理方法的多通道音频数据处理装置，其特征在于，包括依次电连接的外部数据连接器、接口电平转换器、数字信号处理器、编码译码器和外部音频连接器；
所述外部数据连接器和所述数字信号处理器之间还通过电源管理芯片连接；
与所述数字信号处理器分别连接的还包括非易失存储器和晶振；
外部设备能够通过所述外部数据连接器的配置接口来对所述多通道音频数据处理装置进行更新配置。
7.根据权利要求6所述的多通道音频数据处理装置，其特征在于，所述更新配置的配置类型包括数据交换、复制、加和、功率分配和采样率变换中的一种或多种，且输入音频数据的数据帧中的多个通道可分别配置不同的配置类型。
8.根据权利要求6所述的多通道音频数据处理装置，其特征在于，所述编码译码器使用多个同型号的编码译码单元，且所述数字信号处理器与多个所述编码译码单元的音频传输通路共用同一组MCASP数据总线，支持不少于8个通道音频数据的并行处理。
9.根据权利要求6所述的多通道音频数据处理装置，其特征在于，所述数字信号处理器与所述编码译码器的指令控制通路通过I2C总线连接。
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