CN117850732A - 计算机系统及其声音信号的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种计算机系统及其声音信号的处理方法。计算机系统包括平台路径控制器、高清晰度音频编解码器及数字麦克风。高清晰度音频编解码器耦接平台路径控制器。数字麦克风耦接平台路径控制器及高清晰度音频编解码器，并用以生成声音信号。高清晰度音频编解码器处理来自数字麦克风的声音信号。由此，可提供高质量音频录音。

Description

计算机系统及其声音信号的处理方法
技术领域
本发明涉及一种关于一种音频(audio)技术，尤其是，还涉及一种计算机系统及其声音信号的处理方法。
背景技术
图1是一般计算机系统1的音频架构的示意图。请参照图1，在一般的计算机系统1的音频(audio)架构中，当使用语音唤醒(Wake On Voice，WoV)技术时，系统于较低效能(例如，最佳音频格式为16位(bits)及48千赫兹(kHz))的运作模式中运转，并让与模拟麦克风11及扬声器12连接的高清晰度音频(High Definition Audio，HDA)编解码器(codec)13处于关闭的状态，以达到省电目的。因此，计算机系统1内建的数字麦克风(DigitalMicrophone，DMIC)15连接平台路径控制器(Platform Controller Hub，PCH)14中的音频数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)16，以避免高清晰度音频编解码器13的关闭而无法运作。
计算机系统1唤醒后将处于高效能(例如，最佳音频格式为24bits及192KHz)的运作模式时，连接高清晰度音频编解码器13的模拟麦克风11和扬声器12可利用高清晰度音频编解码器13的资源，以获得还佳的声音信号处理质量。然而，数字麦克风15未连接高清晰度音频编解码器13，故无法获得还佳的声音信号处理质量。
发明内容
本发明是针对一种计算机系统及其声音信号的处理方法，在音频架构中连接数字麦克风与高清晰度音频编解码器，以提升音频质量。
根据本发明的实施例，计算机系统包括(但不只限于)平台路径控制器、高清晰度音频编解码器及数字麦克风。高清晰度音频编解码器耦接平台路径控制器。数字麦克风耦接平台路径控制器及高清晰度音频编解码器，并用以生成声音信号。高清晰度音频编解码器处理来自数字麦克风的声音信号。
根据本发明的实施例，声音信号的处理方法包括(但不只限于)下列步骤：提供如上述的计算机系统。反应于计算机系统的电源状态处于工作状态，高清晰度音频编解码器受启动处理来自数字麦克风的声音信号。反应于计算机系统的电源状态处于节能状态，高清晰度音频编解码器受禁止处理来自该数字麦克风的声音信号。
基于上述，在本发明实施例的计算机系统及其声音信号的处理方法，提供数字麦克风与高清晰度音频编解码器连接的音频架构，使高清晰度音频编解码器可为数字麦克风的声音信号提供还高质量的音频处理。此外，当计算机系统处理节能状态时，只需要通过平台路径控制器处理数字麦克风的声音信号，以达到省电的目的。
附图说明
包含附图以便进一步理解本发明，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
图1是一般计算机系统的音频架构的示意图；
图2是根据本发明实施例的计算机系统的组件示意图；
图3是根据本发明实施例的硬件架构图；
图4是根据本发明实施例的节能状态的硬件架构图；
图5是根据本发明实施例的信号时序图；
图6是根据本发明实施例的工作状态的硬件架构图；
图7是根据本发明实施例的信号时序图；
图8是根据本发明实施例的计算机系统的组件示意图；
图9是根据本发明实施例的声音信号的处理方法的流程图；
图10是根据本发明实施例的工作状态的音频架构图；
图11是根据本发明实施例的节能状态的音频架构图；
图12是根据本发明实施例的功能组态的用户接口。
附图标号说明
1、2、3:计算机系统；
11:模拟式麦克风；
12:扬声器；
13、24高清晰度音频编解码器；
14、21:平台路径控制器；
15、25:数字麦克风；
16、22:数字信号处理器；
26:输入设备；
27:处理器；
DMIC_L:左声道麦克风；
DMIC_R:右声道麦克风；
LR:声道选择引脚；
GND:接地；
Vdd:电源；
CLK:时钟信号；
S、DATA:声音信号；
DATA_L、L:左声道信号；
DATA_R、R:右声道信号；
DOUT、DATA_PCH、DATA_1、DATA_2:资料引脚；
CLK_PCH、CLK_L、CLK_R、CLK_Codec:时钟引脚；
D:延迟时间；
S910～S930:步骤。
具体实施方式
现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同组件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。
图2是根据本发明实施例的计算机系统2的组件示意图。请参照图2，计算机系统2包括(但不只限于)平台路径控制器21、高清晰度音频编解码器24、数字麦克风25及处理器27。计算机系统2可以是桌面计算机、笔记本电脑、智能手机、平板计算机、穿戴式装置、智能家电、语音助理装置或其他电子装置。
平台路径控制器21包括数字信号处理器22。例如，通过高分辨率音效控制器(图未示)提供。在一实施例中，数字信号处理器22用以提供音频处理。例如，音效、噪声抑制、回音消除或增益调整。
高清晰度音频编解码器24耦接平台路径控制器21。在一实施例中，高清晰度音频编解码器24用以提供采样率高于44.1kHz或其他采样率的音频处理。例如，192kHz或96kHz。或者，高清晰度音频编解码器24用以提供高采样分辨率的音频处理。例如，24位(bits)或32位。
数字麦克风25可以是动圈式(dynamic)、电容式(Condenser)、驻极体电容(Electret Condenser)或阵列式(array)等类型的麦克风。数字麦克风25可直接输出数字脉冲的声音信号S。数字麦克风25也可以是其他可接收声波(例如，人声、环境声、机器运作声等)而转换为声音信号的电子组件、模拟至数字转换器、滤波器、及音频处理器的组合。在一实施例中，数字麦克风25用以对发话者收音/录音，以生成声音信号S。此外，高清晰度音频编解码器24可处理来自数字麦克风25的声音信号S。
在一实施例中，数字麦克风25的采样率为22kHz至192kHz，比特率为24位，极性图案(polar pattern)(即，波束指向)包括立体声(stereo)、心型(cardioid)、双向(bidirectional)和/或全向(Omnidirectional)，且敏感度为-47dBV/Pa。然而，数字麦克风25的规格仍可能变动。
处理器27耦接平台路径控制器21及高清晰度音频编解码器24。处理器27可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)、图形处理单元(Graphic Processing unit，GPU)，或是其他可程序化的一般用途或特殊用途的微处理器(Microprocessor)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、可程序化控制器、现场可程序化逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)、特殊应用集成电路(Application-SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、神经网络加速器或其他类似组件或上述组件的组合。在一实施例中，处理器27用以执行计算机系统2的所有或部份作业，且可加载并执行内存(图未示)所存储的各程序代码、软件模块、档案及数据。在一些实施例中，本发明实施例的方法中的部分作业可能通过不同或相同处理器27实现。
在一实施例中，计算机系统2还包括输入设备26。输入设备26耦接平台路径控制器21，且电性连接处理器27。输入设备26可以是键盘、鼠标、触摸板、或按键。在一实施例中，输入设备26用以接收使用者操作。例如，按压、点击或拖曳操作。
图3是根据本发明实施例的硬件架构图。请参照图3，在一实施例中，高清晰度音频编解码器24通过高清晰度音频总线(HDABus)耦接平台路径控制器21。数字麦克风25包括左声道麦克风DMIC_L和右声道麦克风DMIC_R。左声道麦克风DMIC_L和右声道麦克风DMIC_R的声道选择(channel selection)引脚LR分别连接接地(GND)或连接电源(Vdd)。数字麦克风25通过脉冲密度调变(Pulse-Density Modulated，PDM)传输接口直接连接平台路径控制器21和高清晰度音频译码器24。
脉冲密度调变的信号有两种：时钟信号CLK及声音信号DATA。时钟信号CLK用于区别左声道信号DATA_L及右声道信号DATA_R。声音信号DATA是数字麦克风25所录到的声音信号S。
数字麦克风25的数据引脚(pin)(例如，左声道麦克风DMIC_L及右声道麦克风DMIC_R的数据引脚DOUT)耦接平台路径控制器21的数据引脚DATA_PCH及高清晰度音频译码器24的数据引脚DATA_1。平台路径控制器21可经由其数据引脚DATA_PCH或高清晰度音频编解码器24经由其数据引脚DATA_1接收来自数字麦克风25的声音信号S(例如，数字麦克风25的数据引脚DOUT所输出的右声道信号DATA_R及左声道信号DATA_L，并形成声音信号DATA)。也就是，声音信号S/DATA传送至数据引脚DATA_PCH、DATA_1。
平台路径控制器21的时钟引脚CLK_PCH耦接数字麦克风25的时钟引脚(例如，左声道麦克风DMIC_L的时钟引脚CLK_L及右声道麦克风DMIC_R的时钟引脚CLK_R)及高清晰度音频编解码器24的数据引脚DATA_2。平台路径控制器21经由其时钟引脚CLK_PCH提供时钟信号CLK(例如，时钟频率为3.2MHz)给数字麦克风25及高清晰度音频编解码器24两者。也就是，时钟信号CLK传送至时钟引脚CLK_L、CLK_R、数据引脚DATA_2。而高清晰度音频编解码器24的时钟引脚CLK_Codec未连接平台路径控制器21的时钟引脚CLK_PCH及其他组件。
在一实施例中，反应于计算机系统2的电源状态处于节能状态，高清晰度音频编解码器24受禁止(disabled)。节能状态例如是休眠状态、睡眠状态、或待命状态。禁止或受禁止可能是功能受限、电源关闭或待命，并据以不再处理来自数字麦克风25的声音信号S。
举例而言，图4是根据本发明实施例的节能状态的硬件架构图。请参照图4，高清晰度音频编解码器24关闭。平台路径控制器21和数字麦克风25之间的路径为正常的传输架构。也就是，时钟信号CLK及声音信号DATA可正常传输。声音信号DATA的数据可同时包括左声道信号DATA_L和右声道信号DATA_R，并送进资料引脚DATA_PCH。
举例而言，图5是根据本发明实施例的信号时序图。请参照图5，平台路径控制器21可根据时钟信号CLK的高低位准确定声音信号DATA为左声道信号DATA_L(图中以L简称)及右声道信号DATA_R(图中以R简称)中的一个。例如，低位准的时钟信号CLK代表左声道信号DATA_L，且高位准的时钟信号CLK代表右声道信号DATA_R。
在另一实施例中，反应于计算机系统2的电源状态处于工作状态，高清晰度音频编解码器24受启动(enabled)，平台路径控制器21禁止其数据引脚DATA_PCH，且高清晰度音频编解码器24根据平台路径控制器21的时钟信号CLK确定来自数字麦克风25的声音信号DATA为左声道信号DATA_L及右声道信号DATA_R中的一个。受启动(enabled)代表所有或部分功能运作正常且未受限。例如，时钟信号CLK及声音信号DATA可正常传输至对应引脚。
举例而言，图6是根据本发明实施例的工作状态的硬件架构图。请参照图6，平台路径控制器21的数据引脚DATA_PCH关闭，使平台路径控制器21无法/不接收来自数字麦克风25的声音信号DATA。此外，平台路径控制器21开启高清晰度音频编解码器24。
声音信号DATA的数据同时包括左声道信号DATA_L和右声道信号DATA_R，并送进资料引脚DATA_1。
在一实施例中，高清晰度音频编解码器24直接使用时钟信号CLK确定经由其数据引脚DATA_1接收的声音信号DATA为左声道信号DATA_L及右声道信号DATA_R中的一个。如图5所示，时钟信号CLK的高低位准区别右声道信号DATA_R及左声道信号DATA_L。
在另一实施例中，高清晰度音频编解码器24同步平台路径控制器21的时钟信号CLK，以生成新时钟信号。此时，高清晰度音频编解码器24并非直接使用时钟信号CLK区别左声道信号DATA_L及右声道信号DATA_R。高清晰度音频编解码器24根据新时钟信号确定经由其数据引脚DATA_1接收的声音信号DATA为左声道信号DATA_L及右声道信号DATA_R中的一个。
举例而言，图7是根据本发明实施例的信号时序图。请参照图7，高清晰度音频编解码器24可将其时钟引脚CLK_Codec的时钟频率与平台路径控制器21的时钟频率一致(例如，3.2MHz)，并调整高清晰度音频编解码器24的时钟信号的延迟时间D，使得高清晰度音频编解码器24的新时钟信号与数据引脚DATA_2的时钟信号CLK同步。接着，高清晰度音频编解码器24直接使用新时钟信号确定经由其数据引脚DATA_1接收的声音信号DATA为左声道信号DATA_L及右声道信号DATA_R中的一个。如图5所示，新时钟信号的高低位准区别右声道信号DATA_R及左声道信号DATA_L。
除了PDM传输接口的连接，本发明实施例还提供其他连接方式。图8是根据本发明实施例的计算机系统3的组件示意图。请参照图2及图8，与图2不同处在于，计算机系统3包括切换器28。切换器28耦接数字麦克风25，并选择性地耦接高清晰度音频编解码器24及平台路径控制器21中的一个。
在一实施例中，数字麦克风25根据计算机系统3的电源状态通过切换器28耦接平台路径控制器21及高清晰度音频编解码器24中的一个。反应于计算机系统3的电源状态为节能状态，切换器28导通数字麦克风25与平台路径控制器21的连接。也就是，数字麦克风25通过切换器28连接平台路径控制器21。切换器28断开数字麦克风25与高清晰度音频编解码器24的连接。此外，平台路径控制器21可关闭高清晰度音频编解码器24，以节省电量。
另一方面，反应于计算机系统3的电源状态为工作状态，切换器28导通数字麦克风25与高清晰度音频编解码器24的连接。也就是，数字麦克风25通过切换器28连接高清晰度音频编解码器24。由此，可提高音频处理的质量。此外，切换器28断开数字麦克风25与平台路径控制器21的连接。
图9是根据本发明实施例的声音信号的处理方法的流程图。请参照图9，提供如图2或图8的计算机系统2、3(步骤S910)。反应于计算机系统2、3的电源状态处于工作状态，高清晰度音频编解码器24受启动处理来自数字麦克风25的声音信号S(步骤S920)。反应于计算机系统2、3的电源状态处于节能状态，高清晰度音频编解码器24受禁止处理来自数字麦克风25的声音信号S(步骤S930)。
关于图9中的各步骤的实施细节在前述的实施例及实施方式都有详尽的说明，于此不再赘述。除了以电路的形式实施，本发明实施例的部份或所有步骤与实施细节也可由处理单元以软件的方式实施，本发明实施例并不加以限制。
在一实施例中，反应于计算机系统2、3的电源状态处于工作状态，高清晰度音频编解码器24根据功能组态处理来自数字麦克风25的声音信号。这功能组态属于多个使用情境中的一个，且功能组态包括采样率、波束指向、声道和/或敏感度。采样率例如是48、96或192kHz。波束指向例如是全向、双向或全立体声(Omni-Stereo)。声道例如是单声道或立体声。敏感度例如是-26或-37dBV/Pa。使用情境例如是相关于数字麦克风25的波束指向和/或应用程序(例如，语音应用程序、通讯应用程序或串流程式)。
表(1)是一范例说明使用情境与功能组态的对应关系：
表(1)
图10是根据本发明实施例的工作状态的音频架构图。请参照图10，在工作状态下，可在基本输入输出系统(Basic Input/Output System，BIOS)禁止语音唤醒服务。此时，由于高清晰度音频编解码器24可提供192kHz的采样率，因此高清晰度音频编解码器24与数字麦克风25在连接的情况下，可支持96kHz的采样率。因此，诸如通讯、语音等应用程序都可使用96kHz采样率的声音信号。如图10所示使用48kHz的采样率。
此外，表(2)是波束指向/应用程序与(在主机用户空间下的音频处理对象(AudioProcessing Object，APO)所提供的)敏感度增益的对应关系：
表(2)
在一实施例中，反应于计算机系统2、3的电源状态处于节能状态，高清晰度音频编解码器24可能关闭，故无法根据使用情境对应的功能组态处理来自数字麦克风25的声音信号。也就是，高清晰度音频编解码器24受禁止根据使用情境所定义的功能组态处理来自数字麦克风25的声音信号S。例如，数字麦克风25只能支持默认功能组态。默认功能组态例如是单向的波束指向、48kHz的采样率、单声道及-21dB的敏感度。
图11是根据本发明实施例的节能状态的音频架构图。请参照图11，在节能状态下，可在BIOS启动语音唤醒服务。此时，由于高清晰度音频编解码器24被关闭，因此高清晰度音频编解码器24与数字麦克风25未连接的情况下，无法支持96kHz的采样率。例如，最高只支持48kHz的采样率。因此，诸如通讯、语音等应用程序都可使用最高48kHz采样率的声音信号。如图11所示语音应用程序只使用16kHz的采样率。
在一实施例中，处理器27可根据输入设备26所接收的使用者操作选择使用情境。也就是说，本发明实施例可供使用者挑选使用情境，并据以设定对应的功能组态。
举例而言，图12是根据本发明实施例的功能组态的用户接口。请参照图12，使用情境是针对波束指向。例如，一般指向、全向、单向及全立体声。针对不同波束指向，还能提供不同敏感度的选择。根据用户操作在用户接口上的选择，可确定使用情境和/或功能组态。例如，表(3)是个波束指向、灵敏度与应用的对应关系：
表(3)
综上所述，根据本发明实施例的计算机系统及其声音信号的处理方法，可通过时钟信号串接或切换器连接数字麦克风及高清晰度音频编解码器。由此，可提供高清晰度音频录音。此外，在计算机系统处于节能状态下，可禁止高清晰度音频编解码器处理来自数字麦克风的声音信号，从而节省电量。
最后应说明的是：以上各实施例只用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种计算机系统，其特征在于，包括：
平台路径控制器；
高清晰度音频编解码器，耦接所述平台路径控制器；以及
数字麦克风，耦接所述平台路径控制器及所述高清晰度音频编解码器，并用以生成声音信号，其中
所述高清晰度音频编解码器处理来自所述数字麦克风的所述声音信号。
2.根据权利要求1所述的计算机系统，其特征在于，
所述数字麦克风的数据引脚耦接所述平台路径控制器的数据引脚及所述高清晰度音频译码器的第一数据引脚，且所述平台路径控制器经由其数据引脚或所述高清晰度音频编解码器经由其第一数据引脚接收来自所述数字麦克风的所述声音信号；
所述平台路径控制器的时钟引脚耦接所述数字麦克风的时钟引脚及所述高清晰度音频编解码器的第二数据引脚，且所述平台路径控制器经由其时钟引脚提供时钟信号给所述数字麦克风及所述高清晰度音频编解码器两者。
3.根据权利要求1或2所述的计算机系统，其特征在于，
反应于所述计算机系统的电源状态处于节能状态，所述高清晰度音频编解码器受禁止。
4.根据权利要求1或2所述的计算机系统，其特征在于，
反应于所述计算机系统的电源状态处于工作状态，所述高清晰度音频编解码器受启动，
所述平台路径控制器禁止其数据引脚，且
所述高清晰度音频编解码器根据所述平台路径控制器的时钟信号确定来自所述数字麦克风的所述声音信号为左声道信号及右声道信号中的一个。
5.根据权利要求4所述的计算机系统，其特征在于，
所述高清晰度音频编解码器直接使用所述时钟信号确定经由其第一数据引脚接收的所述声音信号为所述左声道信号及所述右声道信号中的一个。
6.根据权利要求4所述的计算机系统，其特征在于，
所述高清晰度音频编解码器同步所述平台路径控制器的时钟信号以生成新时钟信号，并根据所述新时钟信号确定经由其第一数据引脚接收的所述声音信号为所述左声道信号及所述右声道信号中的一个。
7.根据权利要求1所述的计算机系统，其特征在于，还包括：
切换器，其中所述数字麦克风根据所述计算机系统的电源状态通过所述切换器耦接所述平台路径控制器及所述高清晰度音频编解码器中的一个。
8.根据权利要求1-2及7中的任一权利要求所述的计算机系统，其特征在于，
反应于所述计算机系统的电源状态处于工作状态，所述高清晰度音频编解码器根据功能组态处理来自所述数字麦克风的所述声音信号，所述功能组态属于多个使用情境中的一个，且所述功能组态包括采样率、波束指向、声道、敏感度中的至少一个。
9.根据权利要求8所述的计算机系统，其特征在于，
反应于所述计算机系统的电源状态处于节能状态，所述高清晰度音频编解码器受禁止根据所述功能组态处理来自所述数字麦克风的所述声音信号。
10.一种声音信号的处理方法，其特征在于，包括：
提供如权利要求1所述的计算机系统；
反应于所述计算机系统的电源状态处于工作状态，所述高清晰度音频编解码器受启动处理来自所述数字麦克风的所述声音信号；以及
反应于所述计算机系统的电源状态处于节能状态，所述高清晰度音频编解码器受禁止处理来自所述数字麦克风的所述声音信号。
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