CN1963744A - 一种音频接口采样率自适应的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种音频接口采样率自适应的方法，该方法包括：A.根据音频接口的工作频率、分频数和数字音频信号的原采样率，计算音频接口输出信号每个采样点需要的采样位数；B.音频接口先在计算出的输出信号的每个采样点的采样位中填充数字音频信号每个采样点的数据值，再向每个采样点的剩余采样位中填充设定数据值；C.音频接口输出步骤B填充后的信号，以及输出信号中每个采样点的有效信息。应用本发明，可以使音频接口在同一工作频率下，用低成本实现播放数字音频信号时不产生失真。
Description
技术领域
本发明涉及音频接口技术，特别涉及一种音频接口采样率自适应的方法。
背景技术
目前的多媒体处理器大部分采用数字音频处理技术，也就是说模拟信号转换成数字信号在多媒体处理器中存储，播放声音时要先将存储的数字信号还原为模拟信号，再进行播放。多媒体处理器中的解码译码器(CODEC)完成对信号的模/数转换或者数/模转换，在模/数转换中，CODEC按照一定的采样率对模拟信号进行采样形成数字音频信号，该采样率为转换得到的数字音频信号的原采样率，数字音频信号在原采样率下每个采样点的采样位数相同。数字音频信号中包含的数据量十分惊人，会占据较大的存储空间，因此需要将数字音频信号压缩后存储。CODEC将数字音频信号输入音频接口，同时告知音频接口该数字音频信号的原采样率，音频接口按照自身的采样率先将数字音频信号进行压缩，再进行存储。当用户需要播放存储的数字音频信号时，音频接口按照自身的采样率先对存储的数字音频信号解压缩，再送入CODEC进行转换后播放，音频接口在压缩和解压缩过程中自身的采样率称为音频接口的采样率，音频接口在自身采样率下每个采样点的输出采样位数也相同。当音频接口的采样率与数字音频信号的原采样率相同时，音频接口在每个采样点对数字音频信号的采样点数与数字音频信号的原采样点数相同，播放的数字音频信号产生的失真最小。
现有技术中，针对音频接口的采样率与数字音频信号的原采样率不相同的情况，主要采用两种解决方式：第一是在音频接口工作频率不变的情况下，通过软件或硬件的方式，将数字音频信号的原采样率转换到音频接口的采样率后再进行播放，第二是通过改变音频接口的工作频率，使音频接口的采样率与数字音频信号的原采样率相同。音频接口的工作频率与音频接口输出信号每个采样点的采样位数、音频接口的分频数以及音频接口的采样率存在关系，假设音频接口的工作频率为F，音频接口输出信号每个采样点的采样位数为SBIT，音频接口的采样率为Hz，音频接口的分频数为N，上述关系的具体表达式为F＝N×SBIT×Hz。通过分频将音频接口的工作频率转化为音频接口的采样率，也就是说将音频接口的工作频率分为相等的份数，每份对应的值即为音频接口的采样率，其中分频的份数由分频数与音频接口输出信号每个采样点的采样位数的乘积决定。分频数的选择就是根据上述关系式，和实际应用中音频接口的工作频率、音频接口输出信号每个采样点的采样位数以及音频接口支持的采样率，计算出一个分频数的具体数值，通过改变音频接口的硬件配置来实现音频接口按照计算出的分频数对工作频率进行分频。
首先简单描述第一种解决方式，以一个简单实例说明该方法。一般的音频接口只支持在每个采样点几种固定的输出采样位数如8，16，24，32等，假设一个双声道音频接口的采样率为数字音频信号的原采样率的2倍，设在音频接口的采样率下的采样点数为4，其中音频接口支持每个采样点8位的输出采样位数，在数字音频信号原采率下的采样点数为2，其中每个采样点的原采样位数也为8。假设数字音频信号第一个采样点对应的数据值为01010101，第二个采样点对应的数据值为00110011。音频接口在解压缩该数字音频信号时的采样点数为数字音频信号原采样点数的2倍，音频接口需要将数字音频信号每个采样点的数据值都复制1次，即音频接口按照4个采样点得到信号的第一个采样点和第二个采样点对应的数据值都为01010101，第三个采样点和第四个采样点对应的数据值都为00110011。音频接口通过I2C接口告知外部设备输出信号每个采样点的有效采样位数为8，则外部设备对每个采样点的数据值取8位，最终得到的输出信号为01010101010101010011001100110011，与原数字音频信号0101010100110011相比，这种转换方法使解压缩出来的数字音频信号与原数字音频信号相比，产生了一定程度的失真。
其次，对第二种解决方式做简单描述，还是以一个简单实例说明该方法。假设音频接口工作频率F＝12MHz，音频接口分频数N＝25，数字音频信号的原采样率为Hz_A＝8KHz，为了使播放时不产生失真，取Hz＝Hz_A＝8KHz，即取音频信号的采样率数值与数字音频信号的原采样率数值相等，音频接口只支持32位输出采样位数，取音频接口输出信号每个采样点的采样位数SBIT＝32，根据上述选取的各参量数值，代入公式计算得音频接口所需的工作频率F＝6.4MHz。由计算结果可以看出，音频接口的工作频率必须改变为6.4MHz，才能使音频接口的采样率与数字音频信号的原采样率相同，使信号不失真。在这种方法中，播放音频之前，先根据所播放数字音频信号的原采样率计算出音频接口的工作频率，再为音频接口设置该计算出的工作频率，这种方法虽然使得音频接口的采样率与数字音频信号的原采样率相同，避免了播放的数字音频信号失真，但是转变音频接口的工作频率这一操作，需要给音频接口配备强大的时钟转换电路，导致硬件实现复杂，成本上升。
可见，现有技术中，针对音频接口的采样率与数字音频信号的原采样率不一致的情况，在音频接口工作频率不变的情况下，将数字音频信号的原采样率转换到音频接口的采样率的方法，会使信号产生一定程度的失真；在音频接口工作频率可变的情况下，虽然能够解决信号失真的问题，但实现转变音频接口的工作频率这一操作，导致硬件实现复杂，成本上升。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种音频接口采样率自适应的方法，该方法能够使音频接口在同一工作频率下，用低成本实现播放数字音频信号时不产生失真。
为了实现上述发明目的，本发明提供一种音频接口采样率自适应的方法，该方法包括：
A、根据音频接口的工作频率、分频数和数字音频信号的原采样率，计算音频接口输出信号每个采样点需要的采样位数；
B、音频接口先在计算出的输出信号的每个采样点的采样位中填充数字音频信号每个采样点的数据值，再向每个采样点的剩余采样位中填充设定数据值；
C、音频接口输出所述步骤B填充后的信号，以及输出信号中每个采样点的有效信息。
其中，步骤A所述计算音频接口输出信号每个采样点需要的采样位数的方法为：设音频接口工作频率为F，音频接口输出信号每个采样点需要的采样位数为SBIT，分频数为N，数字音频信号的原采样率为Hz_A，按照SBIT＝F/(N×Hz_A)计算音频接口输出信号每个采样点需要的采样位数。
较佳地，所述步骤A之前进一步包括：设置音频接口输出信号每个采样点需要的采样位数的范围，步骤A所述分频数为：保证所述计算的输出信号每个采样点需要的采样位数在设置范围内，并且大于数字音频信号每个采样点的原采样位数的分频数。
较佳地，步骤C所述有效信息为：音频接口输出信号每个采样点中数字音频信号的原采样位数，以及数字音频信号声道开始和结束的位置。
较佳地，外部设备根据所述音频接口输出信号每个采样点中数字音频信号的原采样位数，以及数字音频信号声道开始和结束的位置，从音频接口输出信号中选取对应数字音频信号的部分，还原出数字音频信号。
由上述技术方案可见，本发明提供的音频接口采样率自适应的方法，具备以下优点：
在音频接口工作频率固定的情况下，根据数字音频信号的原采样率计算音频接口输出信号每个采样点需要的采样位数，在输出信号的每个采样点中先填充数字音频信号每个采样点的数据值，再根据计算结果在每个采样点的剩余采样位中填充设定数据值，音频接口将填充后的信号输出，同时告知外部设备输出信号中数字音频信号对应的采样位数，以及声道开始和结束的位置，外部设备根据这些有效信息，从输出信号中还原出数字音频信号进行播放。通过上述操作，可以实现音频接口的采样率与数字音频信号的原采样率相同，在不改变现有音频接口硬件结构的基础上，用低成本实现播放数字音频信号时不产生失真。
附图说明
图1为本发明音频接口采样率自适应的方法较佳实施方式流程图；
图2为本发明实施例音频接口输出信号每个采样点的波形示意图。
具体实施方式
为使本发明的发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例作进一步详细描述。
本发明提供的音频接口采样率自适应的方法，首先根据音频接口的工作频率、分频数和数字音频信号的原采样率，计算音频接口输出信号每个采样点需要的采样位数；其次音频接口先在计算出的输出信号的每个采样点的采样位中填充数字音频信号每个采样点的数据值，再向每个采样点的剩余采样位中填充设定数据值；最后音频接口按照计算出的输出信号的每个采样点的采样位数，向外部设备输出填充后的信号，以及输出信号每个采样点的有效信息，以使外部设备根据有效信息从输出信号中还原数字音频信号。
下面对本发明提供的音频接口采样率自适应的方法作详细说明。
参见图1，图1为本发明提供的音频接口采样率自适应的方法较佳实施方式流程图，该流程包括：
步骤101：根据音频接口的工作频率、分频数和数字音频信号的原采样率，计算音频接口输出信号每个采样点需要的采样位数。
本步骤中，取音频接口采样率值与数字音频信号的原采样率值相等，计算音频接口输出信号每个采样点需要的采样位数，计算方法如下：
设音频接口工作频率为F，分频数为N，音频接口的采样率为Hz，输出信号每个采样点需要的采样位数为SBIT，数字音频信号的原采样率为Hz_A，数字音频信号每个采样点的原采样点数为SBIT_A，这些参量之间的关系为SBIT＝F/(N×Hz)，计算时取音频接口的播放采样率值与数字音频信号的原采样率值相等，得到音频接口输出信号每个采样点需要的采样位数。计算时只需计算一次，每个采样点需要的采样位数都与此计算结果相同。本发明提供的方法，可以进一步包括设置音频接口输出信号每个采样点需要采样位数的范围，即音频接口可以输出设置范围内的所有采样位数。在使用上述公式计算时，将分频数取为合适的整数，使得计算出的音频接口输出信号每个采样点需要的采样位数在设置的范围内，并且大于数字音频信号每个采样点的原采样位数。也就是说只要使得音频接口输出信号每个采样点的采样位数在设置的范围内，并且大于数字音频信号每个采样点的原采样位数，分频数的取值并不唯一，通过改变硬件配置，可以实现分频数的取值。
步骤102：音频接口先在计算出的输出信号的每个采样点的采样位中填充数字音频信号每个采样点的数据值，再向每个采样点的剩余采样位中填充设定数据值。
本步骤中，音频接口在计算出的输出信号的每个采样点的采样位中填充音频信号每个采样点的数据值，填充完成后，在输出信号每个采样点的剩余采样位，填充设定的任意数据值，剩余采样位的个数为SBIT-SBIT_A的计算结果。
步骤103：音频接口输出填充后的信号，以及输出信号每个采样点的有效信息。
本步骤中，音频接口通过I2C接口向外部设备输出经过填充的信号，并告知外部设备输出信号每个采样点的有效采样位数，以及数字音频信号声道开始和结束的位置，外部设备可以根据上述有效信息，从音频接口输出的信号中选择原数字音频信号每个采样点对应的数据部分，并确定声道开始和结束的位置。其中，每个采样点的有效采样位数，与数字音频信号每个采样点的原采样位数相同。
下面以一个具体实例来说明上述较佳实施方式，本实施例中，音频接口的内部结构与现有技术完全相同，包括两个声道，音频接口的工作频率设为F＝12MHz，数字音频信号的原采样率设为Hz_A＝8KHz，数字音频信号每个采样点的原采样位数为SBIT_A＝16×2，音频接口输出信号每个采样点的采样位数范围设置为8-127位。
步骤101a：根据步骤101中的公式，以及本实施例假设的各参量具体数值，取音频接口的采样率与数字音频信号的原采样率相同，并且取分频数N＝25，计算得音频接口输出信号每个采样点需要的采样位数SBIT＝60，该结果在设置的音频接口输出信号每个采样点的采样位数范围之内，可以正确输出。除了上述分频数N＝25的情况，分频数还可以取其他数值，例如当分频数N＝30时，计算得音频接口输出信号得每个采样点需要的采样位数为SBIT＝50，也在设置的音频接口输出信号每个采样点的采样位数范围之内，并且大于数字音频信号每个采样点的原采样位数32，可以正确输出。因此分频数的取值原则，就是使通过公式计算出的音频接口输出信号每个采样点的采样位数在设置的范围之内，并且大于数字音频信号每个采样点的原采样位数，依据这个原则，分频数的取值并不唯一。通过改变硬件配置的方式，可以实现在音频接口中取不同的分频数。
步骤102a：音频接口先在输出信号的每个采样点的采样位中填充数字音频信号每个采样点的数据值，再向剩余采样位中填充设定数值，根据步骤101a中的计算结果，每个采样点的剩余采样位的个数为SBIT-SBIT_A＝28，假设剩余采样位中填充的具体数据值均为1，即音频接口在每个采样点中需要填充28个数据值1。
步骤103a：音频接口按照计算的每个采样点需要的采样位数SBIT，将填充后的信号发送给外置设备，通过I2C接口告知外置设备输出信号中数字音频信号对应的原采样位数为32，并告知外部设备音频接口的两个声道的开始及结束位置。
参见图2，图2示出了音频接口在一个采样点按照计算的采样位数发送填充后的信号形成的波形。如图2所示，双声道对应的信号的波形为A至C段所示波形，C到D段所示为填充后的采样位数对应的信号波形，本实施例假设，填充的28位中，全部取1。音频接口通过I2C接口，告知外部设备发送的所有采样位数中，前32位为数字音频信号对应的采样位数，A点对应第一声道的上升沿，B点对应第一声道的下降沿和第二声道的上升沿，C点对应第二声道的下降沿。外部设备通过音频接口提供的有效信息，采集所发送数据前32位对应的数据，即数字音频信号在一个采样点对应的原波形。与上述方法相同，音频接口在每个采样点均按照计算的采样位数发送填充后的信号，由于音频接口的采样率与数字音频信号的采样率相同，因此音频接口的采样点数与数字音频信号的原采样点数相同，可以按照这个方法还原出数字音频信号。
在本发明实施例提供的方法中，音频接口可以支持设置采样位数范围内的所有采样位数输出，这区别于现有技术中音频接口只支持几种固定采样位数的输出。做一个简单的对比，还是以上述具体实例为例，假设音频接口只支持每个采样点32位采样位数输出，则为了满足音频接口采样率与数字音频信号原采样率相等，在音频接口工作频率和每个采样点的采样位数固定的情况下，按照各参量的具体数值计算，分频数取46.875时才能满足要求，但分频数一般只能取整数，所以取最接近的整数47代回公式，计算得音频接口的采样率为Hz＝7.978KHz，与数字音频信号的原采样率存在偏差，播放时会产生失真。而在本发明实施例中，分频数的取值只要使得计算出来的每个采样点的采样位数在设置范围内，音频接口就可以按照计算出来的每个采样点的采样位数输出信号，使音频接口的采样率与数字音频信号的原采样率相同。可见，通过设置使音频接口可以输出设置范围内的任意采样位数，对实现播放数字音频信号时不产生失真非常重要。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1、一种音频接口采样率自适应的方法，其特征在于，该方法包括：
A、根据音频接口的工作频率、分频数和数字音频信号的原采样率，计算音频接口输出信号每个采样点需要的采样位数；
B、音频接口先在计算出的输出信号的每个采样点的采样位中填充数字音频信号每个采样点的数据值，再向每个采样点的剩余采样位中填充设定数据值；
C、音频接口输出所述步骤B填充后的信号，以及输出信号中每个采样点的有效信息。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A所述计算音频接口输出信号每个采样点需要的采样位数为：设音频接口工作频率为F，音频接口输出信号每个采样点需要的采样位数为SBIT，分频数为N，数字音频信号的原采样率为Hz_A，按照SBIT＝F/(N×Hz_A)计算音频接口输出信号每个采样点需要的采样位数。
3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A之前进一步包括：设置音频接口输出信号每个采样点需要的采样位数的范围，步骤A所述分频数为：保证所述计算的输出信号每个采样点需要的采样位数在设置范围内，并且大于数字音频信号每个采样点的原采样位数的分频数。
4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C所述有效信息为：
音频接口输出信号每个采样点中数字音频信号的原采样位数，以及数字音频信号声道开始和结束的位置。
5、如权利要求4所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：外部设备根据所述音频接口输出信号每个采样点中数字音频信号的原采样位数，以及数字音频信号声道开始和结束的位置，从音频接口输出信号中选取对应数字音频信号的部分，还原出数字音频信号。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20080723 Termination date: 20111213 |