FR2866131A1 - Audio signals converting system, has single clock associated to receiver for conversion of asynchronous sampling frequencies, converter of analog to digital type or digital to analog type, and microcontroller - Google Patents
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Abstract
Description
SYNCHRONISATION DE SYSTEMES ASYNCHRONESSYNCHRONIZATION OF ASYNCHRONOUS SYSTEMS
Dans la description qui va suivre, les abréviations utilisées auront la signification suivante: SSA: Synchronisation de Systèmes Asynchrones DAC: Digital to Analog Converter (convertisseur 5 numérique/analogique) ADC: Analog to Digital Converter (convertisseur analogique/numérique) PLL: Phase Locked Loop (boucle à verrouillage de phase) ASRC: Asynchronous Sample Rate Converter (convertisseur de fréquence d'échantillonnage asynchrone) MCU: Micro- Controller Unit (microcontrôleur) DSP: Digital Signal Processeur (processeur de traitement numérique) DVD: Digital Versatile Disc SACD: Super Audio CD. Successeur du CD audio développé par Sony et Philips MP3: Codage de réduction de données développé par le groupe MPEG Dans la description qui va suivre, les figures représenteront les éléments suivants: 2866131 2 Figure 1 Schéma de principe d'un convertisseur numérique/analogique avec SSA Figure 2. Schéma de principe d'un périphérique de stockage synchrone avec SSA Figure 3 Schéma de principe d'un convertisseur numérique/analogique sans SSA La technologie de Synchronisation de Systèmes Asynchrones (SSA) est un principe de réduction du nombre d'horloges dans un système numérique, permettant des applications dans de nombreux domaines. Le domaine clef d'application envisagé par l'invention est la conversion numérique/analogique (DAC) ou analogique/numérique (ADC) de signaux audio, ainsi que l'amplification audio numérique. Ce principe peut s'appliquer d'ailleurs à tout système comportant une conversion numérique/analogique ou analogique/numérique du signal, par exemple dans le domaine des capteurs ou dans le domaine vidéo. In the following description, the abbreviations used will have the following meaning: SSA: Synchronization of Asynchronous Systems DAC: Digital to Analog Converter ADC: Analog to Digital Converter PLL: Phase Locked Loop (phase locked loop) ASRC: Asynchronous Sample Rate Converter MCU: Microcontroller Unit DSP: Digital Signal Processor (Digital Processing Processor) DVD: Digital Versatile Disc SACD: Super Audio CD. Successor of the audio CD developed by Sony and Philips MP3: Coding of data reduction developed by the MPEG group In the following description, the figures will represent the following elements: 2866131 2 Figure 1 Schematic diagram of a digital-to-analog converter with SSA Figure 2. Schematic diagram of a synchronous storage device with SSA Figure 3 Schematic diagram of a digital-to-analog converter without SSA Asynchronous System Synchronization (SSA) technology is a principle of reducing the number of clocks in a digital system, allowing applications in many areas. The key application domain envisaged by the invention is the digital-to-analog (DAC) or analog-to-digital (ADC) conversion of audio signals, as well as digital audio amplification. This principle can also be applied to any system comprising a digital / analog or analog / digital conversion of the signal, for example in the sensor field or in the video domain.
Problème adressé Contexte général Dans le domaine de l'audio numérique, beaucoup de formats de signaux sont disponibles et toutes les vitesses d'échantillonnage ne sont pas liées entre elles par un facteur de multiplication entier. Lorsqu'un système comporte plusieurs sources audio numériques à vitesses d'échantillonnage différentes et qu'il s'agit de convertir ces sources dans le domaine analogique, il y a plusieurs manières de procéder: - Le système traite chaque fréquence d'échantillonnage distinctement et il faut utiliser des boucles à verrouillage de phase (PLL) de haute qualité afin de convertir correctement les signaux numériques en analogique. Problem addressed General context In the field of digital audio, many signal formats are available and not all sampling rates are interlinked by an integer multiplication factor. When a system has several digital audio sources with different sampling rates and it is a matter of converting these sources into the analog domain, there are several ways to proceed: - The system processes each sampling frequency distinctly and High quality phase-locked loops (PLLs) must be used to correctly convert digital signals to analog.
- Le système convertit la fréquence d'échantillonnage d'entrée en une autre fréquence d'échantillonnage audio connue et fixe à l'aide d'un convertisseur de fréquence d'échantillonnage asynchrone (ASRC). Cette approche permet de se 2866131 3 passer de PLL de qualité mais ne réduit pas la complexité du circuit. - The system converts the input sample rate to another known and fixed audio sampling frequency using an asynchronous sampling rate converter (ASRC). This approach makes it possible to pass PLL of quality but does not reduce the complexity of the circuit.
Si le système comporte un microcontrôleur (MCU) et/ou un processeur de traitement de signal (DSP), le nombre d'horloge augmente de une ou deux unités, ce qui augmente les coûts, engendre de la pollution électromagnétique difficile à maîtriser et peut générer des signaux d'intermodulation dans le spectre des signaux analogiques. If the system includes a microcontroller (MCU) and / or a signal processing processor (DSP), the clock count increases by one or two units, which increases costs, generates electromagnetic pollution that is difficult to control, and can generate intermodulation signals in the spectrum of the analog signals.
Besoins du marché L'utilisation de processeur de traitement de signal est devenue commune aujourd'hui, à cause des possibilités offertes qui n'existent pas dans le domaine analogique. De même, le CD n'est plus le seul format audio numérique utilisé par le public: le DVD est implanté, le Super Audio CD (SACD) cherche à remplacer le CD, les gravures encodées en MP3 sont courantes pour ne citer que ces nouveaux formats. On dénombre aujourd'hui plus de 10 formats différents qui peuvent tous se trouver par exemple dans un seul système: l'autoradio la voiture. Market Needs The use of signal processing processors has become common today because of the available capabilities that do not exist in the analog domain. Similarly, the CD is no longer the only digital audio format used by the public: the DVD is implanted, the Super Audio CD (SACD) seeks to replace the CD, MP3 encoded engravings are common to name only these new formats. Today there are more than 10 different formats that can all be found for example in one system: the car radio.
Du coup, l'invention décrite permettra aux systèmes toujours plus complexes de fonctionner dans les meilleures conditions, avec un coût et une complexité acceptables. As a result, the invention described will allow increasingly complex systems to operate under the best conditions, with an acceptable cost and complexity.
Etat de l'art antérieurState of the prior art
Description générale de l'art antérieur General description of the prior art
Il existe des publications sur la manière de mettre en oeuvre un convertisseur de fréquence d'échantillonnage, mais pas sur les implications matérielles d'un tel composant dans un système complet, du point de vue des perturbations ainsi que de la complexité du système. There are publications on how to implement a sampling rate converter, but not on the hardware implications of such a component in a complete system, from the point of view of disturbances as well as the complexity of the system.
Solution proposée L'invention concerne un système permettant de convertir de manière simple des signaux audio ayant une vitesse d'échantillonnage hétérogène, sans générer de pollutions électromagnétiques et/ou de signaux d'intermodulation liés à la mise en uvre d'une pluralité d'horloges. Les signaux audio sont destinés à être convertis d'un format numérique à un format 2866131 4 analogique et/ou d'un format analogique à un format numérique. Le système est caractérisé en ce qu'il comporte au moins une horloge unique (6) associée à un module logiciel de conversion de fréquences d'échantillonnages asynchrones (2, 10), un convertisseur (4) de type analogique-numérique ou numérique-analogique, un microcontrôleur (5). Solution Provided A system for easily converting audio signals having a heterogeneous sampling rate, without generating electromagnetic pollution and / or intermodulation signals related to the implementation of a plurality of clocks. The audio signals are intended to be converted from a digital format to an analog format and / or from an analog format to a digital format. The system is characterized in that it comprises at least one unique clock (6) associated with an asynchronous sampling frequency conversion software module (2, 10), a converter (4) of analog-digital or digital-type. analog, a microcontroller (5).
Présentation de la solution Pour les figures 1, 2 et 3 qui suivent dans ce document, les flèches représentent les différents types de signaux dans les schémas de principe selon le code suivant: Signaux audio: flèches 20 Signaux de commande: flèches 21 Signaux d'horloge: flèches en pointillés La figure 1 représente le schéma de principe de la synchronisation de systèmes asynchrones dans le cas d'un convertisseur numérique/analogique. Les références numériques portées sur la figure 1 correspondent aux éléments suivants: Signaux audio: flèches 20 Signaux de commande: flèches 21 Signaux d'horloge: flèches en pointillés Entréel, Entrée2, Entrée 3, Entrée 4: 20 Multiplexeur: 1 Receiver: 2 DSP avec ASRC software: 3 DAC: 4 MCU: 5 Horloge: 6 Clavier: 7 Ecran: 8 La figure 2 représente un deuxième schéma de principe pour un périphérique de stockage - par exemple disque dur, lecteur CD, lecteur MP3 - avec synchronisation. Les références numériques portées sur la figure 2 correspondent aux éléments suivants: Signaux audio: flèches 20 2866131 5 Signaux de commande: flèches 21 Signaux d'horloge: flèches en pointillés DSP avec ASRC software et décompression: 16 DAC: 4 MCU: 5 Horloge: 6 Clavier: 7 Ecran: 8 Périphérique de stockage: 9 Différences avec l'art antérieur La principale différence entre les systèmes actuels et la solution proposée consiste à n'utiliser qu'une seule horloge de référence dans le schéma de principe. La vitesse de cette horloge n'est pas forcément liée à une fréquence d'échantillonnage audio, grâce à l'utilisation du convertisseur de fréquence d'échantillonnage asynchrone. Presentation of the solution For the figures 1, 2 and 3 which follow in this document, the arrows represent the different types of signals in the schematic diagrams according to the following code: Audio signals: arrows 20 Control signals: arrows 21 Signals clock: dashed arrows Figure 1 shows the schematic diagram of the synchronization of asynchronous systems in the case of a digital-to-analog converter. The numerical references shown in FIG. 1 correspond to the following elements: Audio signals: arrows 20 Control signals: arrows 21 Clock signals: dashed arrows Inner, Input2, Input3, Input4: 20 Multiplexer: 1 Receiver: 2 DSP with ASRC software: 3 DAC: 4 MCU: 5 Clock: 6 Keyboard: 7 Display: 8 Figure 2 shows a second block diagram for a storage device - for example hard disk, CD player, MP3 player - with synchronization. The numerical references shown in FIG. 2 correspond to the following elements: Audio signals: arrows 2866131 5 Control signals: arrows 21 Clock signals: DSP dotted arrows with ASRC software and decompression: 16 DAC: 4 MCU: 5 Clock: 6 Keyboard: 7 Screen: 8 Storage Device: 9 Differences with the Prior Art The main difference between current systems and the proposed solution is to use only one reference clock in the block diagram. The speed of this clock is not necessarily related to an audio sampling frequency, thanks to the use of the asynchronous sampling rate converter.
Dans les deux exemples représentés par les figures 1 et 2, le convertisseur de fréquence d'échantillonnage est réalisé en logiciel pour les raisons suivantes: - réduction du nombre de composants dans le système, - inadéquation des ASRC hardware actuels à travailler hors des fréquences d'échantillonnage audio. In the two examples represented in FIGS. 1 and 2, the sampling frequency converter is implemented in software for the following reasons: - reduction of the number of components in the system, - inadequacy of the current hardware ASRCs to work outside the frequencies of audio sampling.
Actuellement, les convertisseurs de fréquence d'échantillonnage sont utilisés pour passer d'une fréquence d'échantillonnage audio à une autre fréquence d'échantillonnage audio, ce qui correspond à un cas particulier de notre solution que nous n'excluons pas. Currently, sample rate converters are used to switch from one audio sampling rate to another audio sampling rate, which is a special case of our solution that we do not exclude.
Le finalité de la synchronisation des systèmes asynchrones présentée dans ce document n'est pas de préférer une solution de conversion de fréquence d'échantillonnage par rapport à une autre, mais de simplifier au maximum les systèmes qui tendent à se complexifier. The purpose of the synchronization of asynchronous systems presented in this document is not to prefer a sample rate conversion solution over another, but to simplify as much as possible systems that tend to become more complex.
A titre d'exemple, on a représenté sur la figure 3 un schéma de principe pour un convertisseur numérique/analogique 2866131 6 conventionnel avec ASRC. Les références numériques portées sur la figure 3 correspondent aux éléments suivants: Signaux audio: flèches 20 Signaux de commande: flèches 21 Signaux d'horloge: flèches en pointillés Entréel, Entrée2, Entrée 3, Entrée 4: 20 Multiplexeur: 1 Receiver: 2 ASRC hardware: 13 DSP: 14 DAC: 4 MCU: 5 Horloge 1: 11 Horloge 2: 12 Horloge 3: 15 Clavier: 7 Ecran: 8 Exemples d'application Conversion numérique/analogique: c'est le cas d'étude 20 du document et le principe SSA s'y applique naturellement; voir figure 1. For example, there is shown in Figure 3 a block diagram for a 2866131 6 conventional digital to analog converter with ASRC. The numerical references shown in FIG. 3 correspond to the following elements: Audio signals: arrows 20 Control signals: arrows 21 Clock signals: dotted arrows Inlet, Input2, Input3, Input4: 20 Multiplexer: 1 Receiver: 2 CURR hardware: 13 DSP: 14 DAC: 4 MCU: 5 Clock 1: 11 Clock 2: 12 Clock 3: 15 Keyboard: 7 Screen: 8 Examples of application Digital / analog conversion: this is the case study 20 of the document and the SSA principle naturally applies to it; see Figure 1.
Conversion analogique/numérique: le même principe SSA peut être appliqué pour ce type conversion et il devient un facteur important de qualité du signal lorsque le convertisseur doit se synchroniser sur une fréquence extérieure au système. Amplification numérique: quel que soit le type de modulation utilisé (PWM, PDM, hybride) le principe SSA s'applique comme pour un convertisseur numérique/analogique. Périphérique de stockage audio: voir figure 2 Périphérique de stockage audio/vidéo: cas identique au périphérique de stockage audio seul, la synchronisation peut se faire sur les signaux vidéos par exemple. Analog / digital conversion: The same SSA principle can be applied for this type of conversion and it becomes an important signal quality factor when the converter has to synchronize with a frequency outside the system. Digital amplification: whatever the type of modulation used (PWM, PDM, hybrid) the SSA principle applies as for a digital-to-analog converter. Audio storage device: see figure 2 Audio / video storage device: the same case as the audio storage device alone, the synchronization can be done on video signals for example.
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2004
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