CN115529535A

CN115529535A - 智能音箱的音频处理电路、方法及智能音箱

Info

Publication number: CN115529535A
Application number: CN202211224451.4A
Authority: CN
Inventors: 刘宝山; 潘梦雪; 黄铉晴; 于海样
Original assignee: Goertek Techology Co Ltd
Current assignee: Goertek Techology Co Ltd
Priority date: 2022-09-30
Filing date: 2022-09-30
Publication date: 2022-12-27

Abstract

本发明公开一种智能音箱、智能音箱的音频处理电路及方法，该音频处理电路包括：音频处理器，所述音频处理器具有TDM接口及通讯接口；多个功率放大器，多个所述功率放大器的音频输入端通过TDM总线与所述TDM接口并联连接，多个所述功率放大器的通讯端通过通讯总线与通讯接口连接；其中，所述音频处理器，用于将接收到的音频信号进行解时分复用以得到多路音频信号后，按照预设的顺序依次传输至各所述功率放大器。本发明使用TDM传输音频信号，使设计更整洁，简化电路设计。

Description

智能音箱的音频处理电路、方法及智能音箱

技术领域

本发明涉及音箱技术领域，特别涉及一种智能音箱的音频处理电路、方法及智能音箱。

背景技术

随着信息社会的不断发展，用户对视听交互式的体验已经有了更高的需求，例如，音箱中的声道从单声道到多声道2.1直至环绕5.1和8.1，使用户得到较好的欣赏效果，然而现有的多声道音箱需要分出6条以上的音频传输线连接音频功率放大器，电路布线复杂，难以实现。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种智能音箱的音频处理电路、方法及智能音箱，旨在使用TDM传输音频信号，使设计更整洁，简化电路设计。

为实现上述目的，本发明提出一种智能音箱的音频处理电路，所述音频处理电路包括：

音频处理器，所述音频处理器具有TDM接口及通讯接口；

多个功率放大器，多个所述功率放大器的音频输入端通过TDM总线与所述TDM接口并联连接，多个所述功率放大器的通讯端通过通讯总线与通讯接口连接；其中，

所述音频处理器，用于将接收到的音频信号进行解时分复用以得到多路音频信号后，按照预设的顺序依次传输至各所述功率放大器。

可选地，所述音频处理器，具体用于，按照时间间隔将接收到的音频信号进行分割，以得到预设个周期的音频信号段，并将每一所述音频信号段按照预设顺序依次分配给每一个所述功率放大器。

可选地，所述音频处理器的数量为六个，六个所述音频处理器与外接的扬声器形成六个声道。

可选地，所述音频处理器为数字输入D类放大器；和/或，

所述音频处理器为音频SOC芯片。

本发明还提出一种智能音箱，包括多个扬声器及如上所述的音频处理电路；所述音频处理电路的多个音频处理器的输出端与多个所述扬声器一一对应连接。

本发明还提出一种智能音箱的音频处理方法，所述智能音箱具有多个并联设置的声道，所述智能音箱的音频处理方法包括以下步骤：

将接收到的音频信号进行解时分复用以得到多路音频信号；

按照预设的顺序依次传输至多个声道，以使每一音频信号分别通过多个所述声道进行播放。

可选地，所述按照预设的顺序依次传输至多个声道，以使每一音频信号分别通过多个所述声道进行播放的步骤具体包括：

按照时间间隔将接收到的音频信号进行分割，以得到预设个周期的音频信号段，并将每一所述音频信号段按照预设顺序依次分配给每一个所述声道。

本发明还提出一种智能音箱，所述智能音箱包括：存储器、处理器；所述存储器上存储有智能音箱的音频信号处理程序，所述智能音箱的音频信号处理程序被所述处理器执行时实现如权利要求6或7所述的音频信号处理方法的步骤。

本发明通过设置音频处理器及多个功率放大器，并且多个功率放大器的音频输入端通过TDM总线与所述TDM接口并联连接，多个功率放大器的通讯端通过通讯总线与通讯接口连接，以通过音频处理器将接收到的音频信号进行解时分复用以得到多路音频信号后，按照预设的顺序依次传输至各所述功率放大器，从而利用功率放大器进行音频信号放大并驱动相应扬声器发声。本发明使用TDM传输音乐信号，使得多个功率放大器与音频处理器之间仅需一个TDM接口和一个通讯接口即可实现音频信号的传输，使设计更整洁，优化电路设计，从而达到实现降低硬件物料成本，生产成本等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明智能音箱的音频处理电路一实施例的电路结构示意图；

图2为本发明智能音箱的音频处理电路的信号时序图；

图3为本发明智能音箱的音频处理方法一实施例的流程示意图；

图4为本发明智能音箱硬件架构一实施例的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	音频处理器	102	通信总线
20	功率放大器	103	用户接口
				100	扬声器	104	网络接口
101	处理器	105	存储器

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本发明提出一种智能音箱的音频处理电路。

目前市面上的智能音响都是1.0；2.0；2.1，此类音响播放音乐的音质较差，在播放音乐时，不能让人有身临其境的感受。如要同时实现让人享受到动人的音乐、准确的声音定位效果和真实的音场环境，5.1音箱的播放效果能够淋漓尽致的表现出音乐的细节，让人可以享受到360度环绕音响带来的不一样的试听体验。音箱通常具有5.1声道声道，具体包括：2个前置音箱、2个后置音箱、1个中置环绕、1个重低音炮，这五个声道相互独立，其中“.1”声道，则是一个专门设计的超低音声道，这一声道可以产生频响范围20～120Hz的超低音。处理器将声音进行处理后，同时传输给每个声道，有的甚至需要过专业的独立声卡分出6条以上的音频传输线连接音频功率放大器，使用过程中音频处理器件与功放之间需要大量的接口和布线，难以实现，且成本较高。

为了解决上述问题，参照图1，在本发明一实施例中，该音频处理电路包括：

音频处理器20，所述音频处理器20具有TDM接口及通讯接口；

多个功率放大器10，多个所述功率放大器10的音频输入端通过TDM总线与所述TDM接口并联连接，多个所述功率放大器10的通讯端通过通讯总线与通讯接口连接；其中，

所述音频处理器20，用于将接收到的音频信号进行解时分复用以得到多路音频信号后，按照预设的顺序依次传输至各所述功率放大器10。

本实施例中，所述音频处理器20可以采用数字输入D类放大器来实现，音频处理器20可以采用音频SOC芯片来实现。音频SOC芯片中可以集成有接收模块、音频解码器、时分复用器(TDM)、信号处理器等等，接收模块用于接收外部输入的音频数据；音频解码器将接收模块接收的音频数据进行解码，用于将解码后的音频音频信号进行解时分复用成多路音频信号，信号处理器与多个功率放大器10通过TDM接口和TDM总线与各个功率放大器10实现并联连接。DM总线提供使用与音频处理器20的系统同步接口，TDM总线具有帧同步脉冲(FSYNC)线、串行时钟(SCLK)线以及串行音频数据线(SDATA)线。音频处理器20与多个功率放大器10之间通过通讯总线进行连接，例如I2C(SCL，SDA)等，与数字输入D类功放通讯。其中，多个数字输入D类功放IC的地址各不相同)，在需要向多个功率放大器10发送音频信号时，音频处理器20能够通过向各个数字输入D类功放发送地址码，实现一一对应通讯连接，并发送音频信号的关系。接收模块可以为无线接收单元；无线接收单元，例如蓝牙、WIFI等，通过无线接收单元与外部音频输出设备电连接。其中，外部音频输出设备可以为无线话筒，具备麦克风功能的电子设备，如手机、pad等。外部音频采集设备与音频接收模块通过蓝牙或WIFI等通信协议进行音频数据的传递。音频接收模块也可以为有线接口模块，例如USB接口模块、Tpye-C接口模块或者专用的音频接口模块等。

功率放大器10的数量可以为3个，6个，9个甚至更多，每个功率放大器10通过TDM总线与音频处理器20传输音频信号，通过通讯总线与音频处理器20进行通讯，每个功率放大器10的输出端可以连接一个发声器，例如扬声器100等，从而使得一个功率放大器10与音频处理器20及扬声器100之间能够形成一个声道，并传输并播放一路音频信号。使得多个智能音箱能够形成多声道播放系统。本实施例以6个为例进行说明，6个功率放大器10与音频处理器20及扬声器100能够使得智能音箱实现环绕5.1立体音频播放。

参照图2，图2示出了频处理电路的信号时序图，音频处理器20将接收到的音频信号采用时分复用的方式，将音频信号进行划分成多个信号传输周期，在每个信号传输周期内，根据声道的数量，将一个信号传输周期划分成每个功率放大器10均能获得一个发送音频信号的时隙，并在该时隙内该功率放大器10与音频处理器20通讯连接，从而将接收到的音频信号进行功率放大等信号处理后输出至后级的发声器件，例如扬声器100等。在功率放大器10设置为6个的实施例中，智能音箱明播放音乐时，在一个信号传输周期(Frame)内，音频SOC芯片通过TDM总线依次循环输出六路音频信号(Channel1～channel6)。

本发明通过设置音频处理器20及多个功率放大器10，并且多个功率放大器10的音频输入端通过TDM总线与所述TDM接口并联连接，多个功率放大器10的通讯端通过通讯总线与通讯接口连接，以通过音频处理器20将接收到的音频信号进行解时分复用以得到多路音频信号后，按照预设的顺序依次传输至各所述功率放大器10，从而利用功率放大器10进行音频信号放大并驱动相应扬声器100发声。本发明使用TDM传输音乐信号，使得多个功率放大器10与音频处理器20之间仅需一个TDM接口和一个通讯接口即可实现音频信号的传输，相较于需要接入音频处理器20不同的音频输出接口，由此导致占用音频处理器20的音频输出接口较多，由此导致的设计复杂度高，成本上升，本发明能够使设计更整洁，优化电路设计，从而达到实现降低硬件物料成本，生产成本等。并且，本申请实施例的技术方案实现简单方便、便于普及，适用范围更广。

参照图1，在一实施例中，所述音频处理器20，具体用于，按照时间间隔将接收到的音频信号进行分割，以得到预设个音频信号段，并将每一所述音频信号段按照预设顺序依次分配给每一个所述功率放大器10。

本实施例中，智能音箱在播放音乐时，音频处理器20按照传输音频信号的时间进行分割，将音频信号分割成多个时间片段，也即音频信号段。它使不同的信号在不同的时间片段内传送，将整个传输时间分为多个时间间隔，一个时间片段又可以划分为多个时隙，每个时隙被一路信号占用，音频处理器20中的TDM通过在时间片段内交叉发送每一路信号的一部分从而实现一条电路传送多路信号的功能。如此设置，使得多个声道的每一个短暂时刻(时隙)只有一路信号存在。将传输信号的时间按特定长度连续地划分成特定的时间片段(一个信号传输周期)，再将每一时间段划分成等长度的多个时隙，每个时隙以固定的方式分配给各路数字信号，各路数字信号在每一时间段都顺序分配到一个时隙。从而实现在一条电路上传送5.1六路音频信号。

参照图1，在一实施例中，所述音频处理器20的数量为六个，六个所述音频处理器20与外接的扬声器100形成六个声道。

本实施例中，六个扬声器100分别形成2个前置音箱(前置左声道虚拟音箱FL、前置右声道虚拟音箱FR)、2个后置音箱(后置左声道虚拟音箱RL和后置右声道虚拟音箱RR)、1个中置环绕音箱(前置中央声道虚拟音箱FC)、1个重低音炮音箱(重低音虚拟音箱LFE)，五个所述音频处理器20与外接的扬声器100形成五个相互独立的声道，其中“.1”声道，则是一个专门设计的超低音声道，这一声道可以产生频响范围20～120Hz的超低音。

该音频处理电路的详细结构可参照上述实施例，此处不再赘述；可以理解的是，由于在本发明智能音箱中使用了上述音频处理电路，因此，本发明智能音箱的实施例包括上述音频处理电路全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。

本实施例中，智能音箱中设置有扬声器，同时还可以设置有麦克风及无线通讯模块等，例如可以是蓝牙、WIFI、蓝牙功能、超声波收发模块等通讯模块中的任意一种或者多种组合。麦克风可以用于接收语音信息，用户向智能音箱输出语音信息可以实现与智能音箱的人机交互，智能音箱也可以实现与其他设备之间的语音通讯。可以理解的是，智能音箱除了播放音频信号，也即音乐之外，还可以进行电话会议，物联网控制，语音助手等，在进行电话会议时，双方进行语音通话，对方的音频，也即语音信号通过扬声器进行播放，而通话本方发出的语音信号被设置在智能音箱上的麦克风拾取，并经信号处理后再发给对方设备，如此实现语音通话。本实施例中，各个扬声器可以设置为高音扬声器、中音扬声器和低音扬声器的组合，以形成混合音箱。

本发明还提出一种智能音箱的音频处理方法，所述智能音箱具有多个并联设置的声道，参照图3，所述智能音箱的音频处理方法包括以下步骤：

步骤S100、将接收到的音频信号进行解时分复用以得到多路音频信号；

步骤S200、按照预设的顺序依次传输至多个声道，以使每一音频信号分别通过多个所述声道进行播放。

本实施例中，智能音箱内设置有音频处理器及多个功率放大器，功率放大器的数量可以为3个，6个，9个甚至更多，每个功率放大器通过TDM总线与音频处理器传输音频信号，通过通讯总线与音频处理器进行通讯，每个功率放大器的输出端可以连接一个发声器，例如扬声器等，从而使得一个功率放大器与音频处理器及扬声器之间能够形成一个声道，并传输并播放一路音频信号。使得多个智能音箱能够形成多声道播放系统。本实施例以6个为例进行说明，6个功率放大器与音频处理器及扬声器能够使得智能音箱实现环绕5.1立体音频播放。

音频处理器将接收到的音频信号采用时分复用的方式，将音频信号进行划分成多个信号传输周期，在每个信号传输周期内，根据声道的数量，将一个信号传输周期划分成每个功率放大器均能获得一个发送音频信号的时隙，并在该时隙内该功率放大器与音频处理器通讯连接，从而将接收到的音频信号进行功率放大等信号处理后输出至后级的发声器件，例如扬声器等。在功率放大器设置为6个的实施例中，智能音箱明播放音乐时，在一个信号传输周期(Frame)内，SOC通过TDM总线依次循环输出六路音频信号(Channe l1～channel6)。

本发明可以通过设置音频处理器及多个功率放大器，并且多个功率放大器的音频输入端通过TDM总线与所述TDM接口并联连接，多个功率放大器的通讯端通过通讯总线与通讯接口连接，以在音频处理器及多个功率放大器之间形成多个声道，从而将接收到的音频信号进行解时分复用以得到多路音频信号，并按照预设的顺序依次传输至多个声道，以使每一音频信号分别通过多个声道进行播放。本发明使用TDM传输音乐信号，使得多个功率放大器与音频处理器之间仅需一个TDM接口和一个通讯接口即可实现音频信号的传输，使设计更整洁，优化电路设计，从而达到实现降低硬件物料成本，生产成本等。

在一实施例中，所述按照预设的顺序依次传输至多个声道，以使每一音频信号分别通过多个所述声道进行播放的步骤具体包括：

本实施例中，按照传输音频信号的时间进行分割，将音频信号分割成多个时间片段，也即音频信号段。它使不同的信号在不同的时间片段内传送，将整个传输时间分为多个时间间隔，一个时间片段又可以划分为多个时隙，每个时隙被一路信号占用，通过在时间片段内交叉发送每一路信号的一部分从而实现一条电路传送多路信号的功能。如此设置，使得多个声道的每一个短暂时刻(时隙)只有一路信号存在。将传输信号的时间按特定长度连续地划分成特定的时间片段(一个信号传输周期)，再将每一时间段划分成等长度的多个时隙，每个时隙以固定的方式分配给各路数字信号，各路数字信号在每一时间段都顺序分配到一个时隙。从而实现在一条电路上传送5.1六路音频信号。

本发明还提出一种智能音箱，所述智能音箱包括：存储器、处理器；其中，所述存储器上存储有智能音箱的音频信号处理程序，所述智能音箱的音频信号处理程序被所述处理器执行时实现如上所述的音频信号处理方法的步骤。

本发明还提出一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器101执行时实现如上所述的智能音箱的音频处理方法的步骤。在本发明提供的智能音箱和计算机可读存储介质的实施例中，包含了上述智能音箱的音频处理方法各实施例的全部技术特征，说明书拓展和解释内容与上述方法的各实施例基本相同，在此不做再赘述。

参照图4，本发明实施例的终端可以是PC，也可以是智能手机、平板电脑、电子书阅读器、MP4(Moving Picture Experts Group Audio Layer IV，动态影像专家压缩标准音频层面3)播放器、便携计算机等具有显示功能的可移动式终端设备。如图1所述，该终端可以包括处理器101(例如CPU)，通信总线102，用户接口103，网络接口104，存储器105。其中，通信总线102用于实现这些组件之间的连接通信；用户接口103可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)；网络接口104可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI-FI接口)；存储器105可以是高速RAM存储器105，也可以是稳定的存储器105(non-volatile memory)，例如磁盘存储器105，存储器105可选的还可以是独立于前述处理器101的存储装置。

本领域技术人员可以理解，图4中示出的智能音箱硬件运行环境的终端结构并不构成对本发明智能音箱的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种智能音箱的音频处理电路，其特征在于，所述音频处理电路包括：

音频处理器，所述音频处理器具有TDM接口及通讯接口；

2.如权利要求1所述的音频处理电路，其特征在于，所述音频处理器具体用于，按照时间间隔将接收到的音频信号进行分割，以得到预设个周期的音频信号段，并将每一所述音频信号段按照预设顺序依次分配给每一个所述功率放大器。

3.如权利要求1所述的音频处理电路，其特征在于，所述音频处理器的数量为六个，六个所述音频处理器与外接的扬声器形成六个声道。

4.如权利要求1所述的音频处理电路，其特征在于，所述音频处理器为数字输入D类放大器；和/或，

所述音频处理器为音频SOC芯片。

5.一种智能音箱，其特征在于，包括多个扬声器及如权利要求1-4任意一项所述的音频处理电路；所述音频处理电路的多个音频处理器的输出端与多个所述扬声器一一对应连接。

6.一种智能音箱的音频处理方法，其特征在于，所述智能音箱具有多个并联设置的声道，所述智能音箱的音频处理方法包括以下步骤：

将接收到的音频信号进行解时分复用以得到多路音频信号；

7.如权利要求6所述的智能音箱的音频处理方法，其特征在于，所述按照预设的顺序依次传输至多个声道，以使每一音频信号分别通过多个所述声道进行播放的步骤具体包括：

8.一种智能音箱，其特征在于，所述智能音箱包括：存储器、处理器；其中，所述存储器上存储有智能音箱的音频信号处理程序，所述智能音箱的音频信号处理程序被所述处理器执行时实现如权利要求6或7所述的音频信号处理方法的步骤。