CN1320442C

CN1320442C - 音频处理电路以及相关的方法

Info

Publication number: CN1320442C
Application number: CNB2004100549119A
Authority: CN
Inventors: 林荣泰
Original assignee: Via Technologies Inc
Current assignee: Via Technologies Inc
Priority date: 2004-03-19
Filing date: 2004-07-21
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2024-07-21
Also published as: US7337026B2; CN1564246A; TWI237950B; TW200533083A; US20050209718A1

Abstract

一种音频处理电路，其包含：一串行接口，包含一输入端用以接收一数字音频信号以及一输出端用以串行地输出该数字音频信号的位；一移位寄存器；包含一串行输入端连接到该串行接口的输出端，用以储存该数字音频信号的位；一先入先出(FIFO)缓冲器，包含一并行输入端，连接到该移位寄存器的一并行输出端；一数模转换器，连接到该先入先出缓冲器的一并行输出端；一音量控制器根据一音量控制信号开始将该移位寄存器中的位载入该先入先出缓冲器中，用以进行粗调的音量调整。该音量控制器亦调整一模拟放大器的电阻，用以进行细调的音量调整。

Description

音频处理电路以及相关的方法

技术领域

本发明提供一种音频处理电路，特别指一种应用于数字音频系统中的音频处理电路。

背景技术

数字音频系统通常应用于计算机以及便携式电子装置中，由于可利用数字数据轻易地检测错误以及修正数据，因此普遍使用数字音频系统产生高精确度的输出信号。

图1为显示一典型的模拟音频信号10在一取样点14中的八位数字格式12。整个音频信号的取样通常以该方式作取样，但图1中仅以一个取样点作说明用。在取样点14中，模拟音频信号的大小以10101101的二进制数值表示(十进制值为173)，其相对应于一音量大小，而利用一模数转换器执行该取样方式。在一数字音频系统的领域(domain)中，利用如八位数字格式12的取样方式。

在常规技术中，音量大小的控制可在模拟域或数字域中执行。在模拟域中，意即在数字信号处理之后但在扬声器输出端之前，通常使用具有可变的输入以及反馈电阻的运算放大器，在芯片的应用中，这些可变电阻以树状组合的电阻(resistor tree)以及多路转换器所组成，因此，在模拟域中控制音量大小需要相当多的硬件设备以及时间。

在数字域中控制音量大小可利用数字信号的演算处理(如图1中的信号12)来实现，其利用一乘法器将信号乘上储存于只读存储器中的级数系数(level factor)，由于音量大小的控制主要依靠只读存储器的容量，因此音量的调整有较大的弹性，但依然要耗费相当多的硬件设备以及时间。

制造商不断地在音频方面做改进(如Intel的Azalia)，以改进并创造信号处理的新方法，因此，需要可改进信号处理又可减少硬件设备的有效控制数字音频大小的方法。

发明内容

本发明提供一种音频处理电路以及调整数字音频信号大小的方法，以解决上述的问题。

本发明公开一种音频处理电路，其包含：一串行接口，包含一输入端用以接收一数字音频信号以及一输出端用以串行地输出该数字音频信号的位(bit)：一移位寄存器，包含一串行输入端，其连接到该串行接口的输出端，用以储存该数字音频信号的位；一先入先出(FIFO)缓冲器，包含一并行输入端，连接到该移位寄存器的一并行输出端；一音量控制器，连接到该先入先出缓冲器，根据在一音量控制信号设定的载入时间内，将该移位寄存器中的位载入该先入先出缓冲器中，其中填满该移位寄存器的位形成一区段；以及一数模转换器，连接到该先入先出缓冲器的一并行输出端，将由该先入先出缓冲器的该并行输出端输出的该区段转换成一模拟音频信号，其中该区段中位的位置相对应于该模拟音频信号的大小。

本发明公开一种可调整一数字音频信号的大小的方法，其包含串行地输出该数字音频信号的位，根据一音量控制信号设定一载入时间，在该载入延迟时间期满时，载入所接收位的一区段，以及将该位的区段转换成一模拟音频信号，其中该区段中位的位置相对应于该模拟音频信号的大小。

本发明的优点在于可简化数字音频信号音量大小的控制。

本发明另一优点在于可减少数字音频信号音量大小的控制所需的硬件设备。

本发明另一优点在于将音量控制器以及根据音量控制信号设定载入延迟应用于数字音频系统中。

附图说明

图1为一模拟音频信号以及一数字化格式的示意图。

图2为本发明音频处理电路的示意图。

图3为图2电路中信号的位的示意图。

附图符号说明

10 模拟音频信号 12 八位数字格式

14 取样点20音频处理电路

22 串行接口 24 移位寄存器

26 FIFO缓冲器 28 音量控制器

30 数模转换器 32 模拟放大器

34 运算放大器 36、38 可变电阻

102、104、106、108、110数据区段

112、114、116虚拟位

具体实施方式

请参考图2，图2为本发明音频处理电路20的示意图。音频处理电路20包含一串行接口22、一移位寄存器24、一先入先出(first-in-first-out，FIFO)缓冲器26、一音量控制器28、一数模转换器30以及一模拟放大器32。串行接口22的输出端连接到移位寄存器24的串行输入端，移位寄存器24的并行输出端连接到FIF0缓冲器26的并行输入端，FIFO缓冲器26的并行输出端连接到数模转换器30。图2中移位寄存器24以及FIFO缓冲器26为处理20位的区段，亦可处理如8、16以及24位的区段，但需要增加或减少硬件设备的需求。音量控制器28的各输出端分别连接到FIFO缓冲器26、数模转换器30以及模拟放大器32，但在其他的实施例中，可依特殊系统来选择如何连接音量控制器28的各输出端。举例来说，假若实施例中无须将模拟信号放大，则省略音量控制器28以及模拟放大器32之间的连接。数模转换器30的输出端连接到模拟放大器32的输入端，模拟放大器32包含一运算放大器34、一输入可变电阻36以及一反馈可变电阻38，音频信号自模拟放大器32的输出端输出。一般来说，音频处理电路20可处理音频流的一通道。

串行接口22接收一数字音频信号SDO，并将数字音频信号SDO的位串行地输出至移位寄存器24中，数字音频信号SDO的格式与图1中的传统数字格式相同，移位寄存器24储存数字音频信号SDO的位(0或1)。当一新的位自串行接口22输入至移位寄存器24时，在移位寄存器24中位将向右位移，而舍弃最右边的位或最右边的位已被处理。移位寄存器24中位的串行区段可被输入至FIFO缓冲器26，FIFO缓冲器26根据其他部件的计时信息来移动所接收的区段(图2中仅显示三行，亦可为更多或更少的行数)。除非有其他音频处理需要执行，因此，将FIFO缓冲器26中的一区段输入至数模转换器30中，数模转换器30用以执行过滤以及∑Δ运算。最后将数模转换器30的输出信号传输至模拟放大器32，模拟放大器32按照电阻38以及36的比例将数模转换器30的输出信号做放大。

本发明的音量控制器28包含三个功能，第一，音量控制器28控制FIFO缓冲器26的载入时间，用以进行粗调的音量调整。第二，音量控制器28控制可变电阻36以及38，用以进行细调的音量调整。第三。音量控制器28通过在数模转换器30(在其他的实施例中，可为移位寄存器24或FIFO缓冲器26)中设定至少一区段的所有位至一预设值(如设定所有位为0)以提供静音功能。于下将详述进行粗调、细调以及静音的功能。

通过音量控制器28设定FIFO缓冲器26的载入时间来实现粗调的音量调整，该载入时间为将移位寄存器24的内容载入至FIFO缓冲器26后的时间(如以时钟周期来测量)。一般来说，当用一新的区段填满移位寄存器24时，FIFO缓冲器26的载入才完成，若音量控制器28以1位来延迟将移位寄存器24的内容载入至FIFO缓冲器26，则载入至FIFO缓冲器26的区段将右移一位。若移位寄存器24的位依据递减有效位的规则MSB-LSB(如图2中所示的MSB以及LSB)而载入，延长的载入时间即相对应于一区段的音量变小，若MSB-LSB规则被颠倒(即递增有效位的规则，LSB-MSB)，则为将音量变大。若音量控制器28以1位来加速将移位寄存器24的内容载入至FIFO缓冲器26，则载入至FIFO缓冲器26的区段将左移1位。若移位寄存器24的位依据增加规则MSB-LSB，缩短的载入时间即相对应于一区段的音量变大，相同地，若MSB-LSB规则被颠倒(即LSB-MSB)，则为将音量变小。可利用不同的位数将载入时间延长或缩短，而每一位相对应于一固定的缩小量或放大量。

针对数据的连续性，若载入时间被延迟，串行接口22(或其他适合的部件亦可)必须插入虚拟位(如正负号位)而非开始载入下一个区段。若载入时间被缩短，由于移位寄存器24的位左移，最右边的位可能为前一区段的一部份，因此需忽略或补偿最低有效位LSB，其可在得知下一区段将被加速载入时，利用将前一个区段的MSB填入LSB。所填入的位依据数据结构而填入，因此有许多可能性，于此不再赘述。

最后，关于粗调的音量调整，应注意的是，若移位寄存器24的MSB-LSB规则被颠倒(意即LSB-MSB)，则延迟或缩短FIFO缓冲器26的载入时间的效果将相反，如前面所述。由于状态如前所述，于此不再赘述。

通过音量控制器28调整放大器32的电阻38以及36的比例来实现细调的音量调整，放大器32根据R₃₈/R₃₆比例来放大所接收的信号，其中R₃₈为电阻38的电阻值，R₃₆为电阻36的电阻值。选择合适的电阻值以及可允许的调整范围以使细调的音量调整的调整幅度小于粗调的音量调整的调整幅度。

关于细调以及粗调的音量调整，若粗调的音量调整相对应于6.0dB的缩小或放大，则细调的音量调整可相对应于0至4.5dB范围内的1.5dB(如利用树状系组合的电阻，其包含三个电阻-晶体管)，因此，数字音频信号SDO可通过延长或缩短FIFO缓冲器26的载入时间被缩小或放大至6.0dB或通过调整R₃₈/R₃₆比例被缩小或放大至1.5dB，因此可得到缩小或放大音频输出信号为1.5dB的解析度。当然，其他粗调以及细调的音量调整的解析度亦可，以上所述仅用于说明用。

第三静音功能，音量控制器28控制数模转换器30将至少一区段的所有位设定至一预设值，该预设值依数据结构而定，但通常为“0”。一全为0的数据区段相对应于无音频数据(或静音)，其使下游的播放硬件设备输出无音信。该预设值亦可为二进制静音码，如一串行码为19个0加上LSB为1的码。在其他的实施例中，音量控制器28可通过其他部件将区段设定为该预设值，如移位寄存器24即为一种选择。

图3显示数据区段在本发明音频处理电路20中做缩小、放大以及静音三种功能的示意图。图3中所示的区段为自移位寄存器24载入至FIFO缓冲器26或数模转换器30的区段，区段102为原始的数据或未经调整的位，其为当输出电路20时且无经过音量控制器28的操作，即为预设的输出位。区段104为缩小1位，其通过音量控制器28以1位延迟FIFO缓冲器26的载入，以使区段102向右位移1位的结果。同样地，区段106为缩小3位，其通过音量控制器28以3位延迟FIFO缓冲器26的载入，以使区段102向右位移3位的结果。这些向右位移的动作中需要将虚拟位112以及114插入这些区段中以使区段完整，举例来说，可通过复制正负号位“1”来插入区段中，如复制一个1于区段104中，复制三个1于区段106中。区段108为放大1位，其需要在区段的LSB处插入虚拟位“0”116。而区段110为静音功能，区段110的所有位通过音量控制器28被设定为0。注意的是，图3中所有的数值仅为说明用，即正负号位可为0，而MSB-LSB的规则可被颠倒，插入的虚拟位可更换，区段中的数据可依符合任何数据结构而做改变。

本发明音频处理电路20以及相关的方法，尤其是音量控制器28，可利用硬件或软件或软硬件的组合来实施。硬件的实施包含半导体装置、逻辑门电路、微控制器、中央处理器(CPU)、固件、ROM、RAM、快闪存储器以及以上的组合。软件的实施包含程序、函数、程式、常式、次常式、模块、套装软件、分类，以及指令、数据结构与程序叙述的组合。

与先前技术相比较，本发明音频处理电路20以及相关的方法用来调整FIFO缓冲器的载入时间，利用延长或缩短载入时间以使移位寄存器中的一音频数据区段在载入FIFO缓冲器之前被移位，该区段移位为粗调的音量调整。此外，本发明利用模拟放大器来实施细调的音量调整，因此整个音量控制可由粗调以及细调两种方式的组合来实施。本发明可使数字音频信号的音量控制更为简单，亦可减少硬件设备，而根据音量控制信号设定载入延迟已可应用于数字音频系统中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所进行的等效变化与修改，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种音频处理电路，其包含：

一串行接口，其包含一输入端用以接收一数字音频信号以及一输出端用以串行地输出该数字音频信号的位；

一移位寄存器，其包含一串行输入端连接到该串行接口的输出端，用以储存该数字音频信号的位；

一先入先出缓冲器，其包含一并行输入端，连接到该移位寄存器的一并行输出端；

一音量控制器，连接到该先入先出缓冲器，该音量控制器在根据一音量控制信号设定的载入时间内，将该移位寄存器中的位载入该先入先出缓冲器中，其中填满该移位寄存器的位形成一区段；以及

一数模转换器，连接到该先入先出缓冲器的一并行输出端，将由该先入先出缓冲器的该并行输出端输出的该区段转换成一模拟音频信号，其中该区段中位的位置相对应于该模拟音频信号的大小。

2.如权利要求1所述的音频处理电路另包含一模拟放大器，连接到该数模转换器的一输出端。

3.如权利要求2所述的音频处理电路，其中该模拟放大器包含一运算放大器，其包含一反馈可变电阻以及一输入可变电阻，该反馈可变电阻或该输入可变电阻根据该音量控制信号进行调整。

4.如权利要求3所述的音频处理电路，其中该音量控制器根据该音量控制信号的一粗调部分延迟或加速将该移位寄存器中的位载入该先入先出缓冲器的速度，该音量控制器根据该音量控制信号的一细调部分调整该反馈可变电阻或该输入可变电阻。

5.如权利要求1所述的音频处理电路，其中该音量控制器还连接到该数模转换器，当该音量控制信号代表一静音功能时，该音量控制器控制该数模转换器的输出至一预设值。

6.一种可调整一数字音频信号的大小的方法，其包含：

串行地输出该数字音频信号的位；

根据一音量控制信号设定一载入时间；

在该载入时间期满时，载入所接收位的一区段；以及

将该位的区段转换成一模拟音频信号，其中该区段中位的位置相对应于该模拟音频信号的大小。

7.如权利要求6所述的方法，其中设定该载入时间包含：当根据递减有效位的规则串行地接收该区段的位时，若延长该载入时间，则将该区段的位右移，用以缩小该模拟音频信号，若缩短该载入时间，则将该区段的位左移，用以放大该模拟音频信号。

8.如权利要求6所述的方法，其中设定该载入时间包含：当根据递增有效位的规则串行地接收该区段的位时，若延长该载入时间，则将该区段的位右移，用以放大该模拟音频信号，若缩短该载入时间，则将该区段的位左移，用以缩小该模拟音频信号。

9.如权利要求6所述的方法，另包含根据该载入时间的一最小调整值缩小或放大该模拟音频信号，而缩小或放大的幅度小于一缩小或放大单元。

10.如权利要求6所述的方法，其中转换该位的区段包含：当该音量控制信号代表一静音功能时，将该区段的每一位设定至一预设值。