TW202211692A - 音訊處理晶片、多聲道系統與音訊處理方法 - Google Patents

音訊處理晶片、多聲道系統與音訊處理方法 Download PDF

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Abstract

音訊處理晶片包含偵測電路、先入先出電路以及調整電路系統。偵測電路用以偵測音訊串流以輸出致能訊號。先入先出電路用以根據致能訊號開始輸出音訊串流中對應於一聲道之音訊資料為第一訊號。調整電路系統用以處理第一訊號以產生輸出訊號至揚聲器。

Description

音訊處理晶片、多聲道系統與音訊處理方法
本案是關於音訊處理晶片，尤其是關於利用偵測音訊串流進行同時序同步的音訊處理晶片、多聲道系統與音訊處理晶片。
多聲道系統可疊加數個揚聲器輸出的音訊產生環景音效（surround sound）。在一些技術中，多個揚聲器分別是由不同的放大器電路驅動。若該些放大器電路是在不同時序開始處理音訊資料，多個揚聲器所輸出的聲音之間可能存在有相位差異。如此，將使得疊加出的聲音效果不佳，從而降低使用者的體驗。
於一些實施例中，音訊處理晶片包含偵測電路、先入先出電路以及調整電路系統。偵測電路用以偵測音訊串流以輸出致能訊號。先入先出電路用以根據致能訊號開始輸出音訊串流中對應於聲道之音訊資料為第一訊號。調整電路系統用以處理第一訊號以產生輸出訊號至揚聲器。
於一些實施例中，多聲道系統包含第一音訊處理晶片以及第二音訊處理晶片。第一音訊處理晶片用以處理音訊串流中的第一音訊資料以產生第一輸出訊號。第二音訊處理晶片用以處理音訊串流中的第二音訊資料以產生第二輸出訊號，其中第一音訊處理晶片與第二音訊處理晶片中每一者包含偵測電路、先入先出電路以及調整電路系統。偵測電路用以偵測該音訊串流以輸出一致能訊號。先入先出電路用以根據致能訊號開始輸出第一音訊資料與第二音訊資料中之對應者為第一訊號。調整電路系統用以處理第一訊號以產生第一輸出訊號與第二輸出訊號中之一對應者。
於一些實施例中，音訊處理方法包含下列操作：偵測音訊串流以輸出致能訊號；藉由先入先出電路根據致能訊號開始輸出音訊串流中的音訊資料為第一訊號；以及處理第一訊號以產生輸出訊號至揚聲器。
有關本案的特徵、實作與功效，茲配合圖式作較佳實施例詳細說明如下。
本文所使用的所有詞彙具有其通常的意涵。上述之詞彙在普遍常用之字典中之定義，在本案的內容中包含任一於此討論的詞彙之使用例子僅為示例，不應限制到本案之範圍與意涵。同樣地，本案亦不僅以於此說明書所示出的各種實施例為限。
關於本文中所使用之『耦接』或『連接』，均可指二或多個元件相互直接作實體或電性接觸，或是相互間接作實體或電性接觸，亦可指二或多個元件相互操作或動作。如本文所用，用語『電路系統（circuitry）』可為由至少一電路（circuit）所形成的單一系統，且用語『電路』可為由至少一個電晶體與/或至少一個主被動元件按一定方式連接以處理訊號的裝置。
如本文所用，用語『與/或』包含了列出的關聯項目中的一個或多個的任何組合。在本文中，使用第一、第二與第三等等之詞彙，是用於描述並辨別各個元件。因此，在本文中的第一元件也可被稱為第二元件，而不脫離本案的本意。為易於理解，於各圖式中的類似元件將被指定為相同標號。
圖1A為根據本案一些實施例繪製一種多聲道系統100的示意圖。多聲道系統100包含主機（host）裝置100A、音訊處理晶片110、音訊處理晶片120、揚聲器SPL以及揚聲器SPR。 主機裝置100A可提供音訊串流AS。於一些實施例中，主機裝置100A可為（但不限於）音樂播放器、電腦、行動裝置或隨身播放器。
於一些實施例中，音訊串流AS包含位元時脈（bit clock）訊號CK、對應於左聲道的音訊資料SL以及對應於右聲道的音訊資料SR。音訊處理晶片110用以處理對應於左聲道的音訊資料SL，以產生輸出訊號SO1至揚聲器SPL。音訊處理晶片120用以處理對應於右聲道的音訊資料SR，以產生輸出訊號SO2至揚聲器SPR。揚聲器SPL與揚聲器SPR可分別轉換輸出訊號SO1與輸出訊號SO2為對應的聲音。
音訊處理晶片110包含多工器電路111、偵測電路112、先入先出（first-in first-out, FIFO）電路（後簡稱為FIFO電路）113以及調整電路系統114。多工器電路111可根據來自主機裝置100A的設定訊號SEL1將音訊串流AS中對應於左聲道（標示為L）之音訊資料SL輸出至FIFO電路113。偵測電路112可用以偵測音訊串流AS以輸出致能訊號EN。於此些實施例中，偵測電路112可為數位音訊偵測器電路，其可用於偵測音訊串流AS中的一非零資料值以產生致能訊號EN。關於此處之操作將於後參照圖1B說明。於一些實施例中，數位音訊偵測器電路可由多個邏輯電路與/或數位訊號處理器（digital signal processor, DSP）電路實施。FIFO電路113操作為主機裝置100A與調整電路系統114之間的資料緩衝器。FIFO電路113用以根據致能訊號EN啟動以開始輸出音訊資料SL為訊號S1，並將訊號S1傳送至調整電路系統114。調整電路系統114用以處理訊號S1以產生輸出訊號SO1。
於一些實施例中，調整電路系統114包含數位訊號處理器電路（後簡稱為DSP電路）114A、濾波器電路114B、數位類比轉換器（digital analog converter, DAC）電路（後簡稱為DAC電路）114C以及放大器電路114D。DSP電路114A用以調整訊號S1之音量與聲音效果以產生訊號S2。濾波器電路114B用以對訊號S2進行濾波，以降低訊號S2上的雜訊並產生訊號S3。DAC電路114C用以轉換數位形式的訊號S3為類比形式的訊號S4。放大器電路114D放大訊號S4以產生輸出訊號SO1。上述關於調整電路系統114的實施方式用於示例，且本案並不以此為限。
於一些實施例中，音訊處理晶片120包含多工器電路121、偵測電路122、FIFO電路123以及調整電路系統124。多工器電路121可根據來自主機裝置100A的設定訊號SEL2將音訊串流AS中對應於右聲道（標示為R）之音訊資料SR輸出至FIFO電路123。類似於偵測電路121，偵測電路122可為數位音訊偵測器電路，其可偵測音訊串流AS中的一非零資料值以產生致能訊號EN'。FIFO電路123根據致能訊號EN'啟動以開始輸出音訊資料SR為訊號S1'，並將訊號S1'傳送至調整電路系統124。類似於調整電路系統114，調整電路系統124包含DSP電路124A、濾波器電路124B、DAC電路124C以及放大器電路124D。DSP電路124A可調整訊號S1'之音量與聲音效果以產生訊號S2'。濾波器電路124B對訊號S2'進行濾波，以降低訊號S2'上的雜訊並產生訊號S3'。DAC電路124C轉換數位形式的訊號S3'為類比形式的訊號S4'。放大器電路124D放大訊號S4'以產生輸出訊號SO2。
於一些實施例中，主機裝置100A更透過一傳輸介面（未示出）交換控制訊號（例如為設定訊號SEL1與設定訊號SEL2）與/或時脈訊號至音訊處理晶片110與音訊處理晶片120。音訊處理晶片110與音訊處理晶片120可經由上述的控制訊號與/或時脈訊號配置上述多個電路的組態。於一些實施例中，前述的傳輸介面可為（但不限於）積體電路介接（inter-integrated circuit, I2C）匯流排。
圖1B為根據本案一些實施例繪製圖1A之多聲道系統100的多個操作之流程圖。於一些實施例中，操作S151為由圖1A所示的主機裝置100A執行，且操作S152至操作S153為由圖1A所示的音訊處理晶片110以及音訊處理晶片120執行。
於操作S151，主機裝置（例如，主機裝置100A）發送音訊串流。於操作S152，偵測電路（例如，偵測電路112、偵測電路122）確認音訊串流中是否出現非零資料值。若音訊串流出現非零資料值，執行操作S153。或者，若音訊串流未出現非零資料值，再次執行操作S152。於操作S153，輸出致能訊號，以使FIFO電路（例如，FIFO電路113、FIFO電路123）開始輸出音訊資料。
例如，音訊串流AS所包含的音訊資料為經由脈衝編碼調變（pulse-code modulation）編碼的數位資料。如前所述，於此例中，偵測電路112為數位音訊偵測器電路。偵測電路112可分析前述數位資料中是否出現非零資料值。於一些實施例中，當音訊串流AS中的音訊資料出現非零資料值，代表主機裝置100A已開始傳輸欲播放的音訊。因此，響應於音訊串流AS中的非零資料值，偵測電路112可輸出致能訊號EN，以控制FIFO電路113開始輸出音訊資料SL。同樣地，偵測電路122可輸出致能訊號EN'，以控制FIFO電路123開始輸出音訊資料SR。藉由此偵測機制，音訊處理晶片110以及音訊處理晶片120可同步地處理音訊資料以產生輸出訊號SO1以及輸出訊號SO2。如此一來，可以降低輸出訊號SO1與輸出訊號SO2之間的相位差異，以提升多聲道系統100所呈現的聲音效果。
於一些實施例中，偵測電路112（與/或偵測電路122）可記錄音訊串流AS中的連續兩筆音訊資料，並確認此兩筆音訊資料中的一最低有效位元（least significant bit, LSB）是否有發生切換。若此兩筆音訊資料中的最低有效位元有發生切換，代表音訊串流AS中出現非零資料值。反之，若最低有效位元未發生切換，代表音訊串流AS中未出現非零資料值。上述關於非零資料值的偵測方式用於示例，且本案並不以此為限。
圖2A為根據本案一些實施例繪製一種多聲道系統200的示意圖。相較於圖1A，於圖2A中之偵測電路112與偵測電路122中每一者為計數器電路。於此例中，主機裝置100A設置有一廣播（broadcast）功能，其可對音訊處理晶片110以及音訊處理晶片120發送同步指令CS。響應於此同步指令CS，偵測電路112偵測音訊串流AS的時脈訊號CK，並對時脈訊號CK中的至少一脈波進行計數以產生計數值CT1。同樣地，響應於此同步指令CS，偵測電路122偵測音訊串流AS的時脈訊號CK，並對時脈訊號CK中的至少一脈波進行計數以產生計數值CT2。偵測電路112與偵測電路122分別回傳計數值CT1與計數值CT2至主機裝置100A，且主機裝置100A可根據計數值CT1與計數值CT2決定是否發出生效訊號SV。於此例中，偵測電路112與偵測電路122用以根據生效訊號SV分別輸出致能訊號EN與致能訊號EN'，以使FIFO電路113與FIFO電路123分別開始輸出音訊資料SL與音訊資料SR。關於此處之操作將於後參照圖2B說明。
於此例中，偵測電路112與偵測電路122中每一者是偵測音訊串流AS中的時脈訊號而非音訊資料。因此，偵測電路112與偵測電路122的操作可不受限於接收到時脈訊號或音訊資料的時序。於一些實施例中，如圖2A所示，偵測電路112獨立於FIFO電路113，且偵測電路122獨立於FIFO電路123。於其他的實施例中，偵測電路112與FIFO電路113可整合為單一電路，且偵測電路122與FIFO電路123可整合為單一電路。
圖2B為根據本案一些實施例繪製圖2A之多聲道系統200的多個操作之流程圖。於一些實施例中，操作S251、操作S253與操作S254為由圖2A所示的主機裝置100A執行，且操作S252與操作S255為圖2A所示的音訊處理晶片110以及音訊處理晶片120執行。
於操作S251，主機裝置（例如，主機裝置100A）發送同步指令與音訊串流。於操作S252，偵測電路（例如，偵測電路112、偵測電路122）響應於同步指令於一預定期間對音訊串流中的時脈訊號之至少一脈波進行計數，以產生計數值。於操作S253，主機裝置確認所有的計數值是否相同。若所有的計數值皆為相同，執行操作S254。反之，若有一個計數值不同於其他的計數值，主機裝置重新執行操作S251以再次發送同步指令，以使多個偵測電路重新計數對該至少一脈波以更新計數值。於操作S254，主機裝置輸出生效訊號。於操作S255，偵測電路響應於生效訊號輸出致能訊號，以使FIFO電路（例如，FIFO電路113、FIFO電路123）開始輸出音訊資料。
例如，音訊串流AS所包含的時脈訊號可為位元時脈訊號CK。主機裝置100A可發出同步指令CS。響應於此同步指令CS，偵測電路112以及偵測電路122可對位元時脈訊號CK的至少一脈波進行計數。若偵測電路112以及偵測電路122兩者是在同一時間響應於同步指令CS開始計數，偵測電路112於預定期間內所產生的計數值CT1會相同於偵測電路122於預定期間內所產生的計數值CT2。因此，若計數值CT1相同於計數值CT2，代表音訊處理晶片110以及音訊處理晶片120接收到的位元時脈訊號CK具有相同相位。於此條件下，主機裝置100A可輸出生效訊號SV。偵測電路112以及偵測電路122可響應於生效訊號SV分別輸出致能訊號EN以及致能訊號EN'，以使FIFO電路113以及FIFO電路123開始輸出音訊資料SL與音訊資料SR。
或者，若計數值CT1不同於計數值CT2，代表音訊處理晶片110以及音訊處理晶片120接收到的位元時脈訊號CK具有不同相位。於此條件下，主機裝置100A可重新發送同步指令CS。響應於此同步指令CS，偵測電路112與偵測電路113對位元時脈訊號CK重新進行計數，以更新計數值CT1與計數值CT2。若更新後的計數值CT1相同於更新後的計數值CT2，主機裝置100A輸出生效訊號SV。藉由此偵測機制，音訊處理晶片110以及音訊處理晶片120可同步地處理音訊資料以產生輸出訊號SO1以及輸出訊號SO2。如此一來，可以降低輸出訊號SO1與輸出訊號SO2之間的相位差異，以提升多聲道系統200所呈現的聲音效果。
於上述的各個例子中，聲道、音訊處理晶片以及揚聲器之個數僅為示例，且本案並不以此為限。聲道、音訊處理晶片以及揚聲器之個數可視實際應用調整。例如，多聲道系統100（或多聲道系統200）不只可適用於左聲道與右聲道，還可以適用於低音聲道、高音聲道等等。
圖3為根據本案一些實施例繪製一種音訊處理方法300的流程圖。於一些實施例中，音訊處理方法300可由（但不限於）前述的多聲道系統100或多聲道系統200執行。
於操作S310，偵測音訊串流以輸出致能訊號。於操作S320，藉由FIFO電路根據致能訊號開始輸出音訊串流中的音訊資料為第一訊號。於操作S330，處理第一訊號以產生輸出訊號至揚聲器。
上述音訊處理方法300的多個操作之說明可參考前述多個實施例，故於此不再贅述。上述多個操作僅為示例，並非限定需依照此示例中的順序執行。在不違背本案的各實施例的操作方式與範圍下，在音訊處理方法300下的各種操作當可適當地增加、替換、省略或以不同順序執行。或者，在音訊處理方法300下的一或多個操作可以是同時或部分同時執行。
綜上所述，本案一些實施例中之音訊處理晶片、多聲道系統與音訊處理方法可利用偵測主機裝置發送的音訊串流來進行同步。如此，可降低各個音訊晶片所產生出的輸出訊號之間的相位差，以提升多聲道系統所呈現的聲音效果，進而提高使用者體驗。
雖然本案之實施例如上所述，然而該些實施例並非用來限定本案，本技術領域具有通常知識者可依據本案之明示或隱含之內容對本案之技術特徵施以變化，凡此種種變化均可能屬於本案所尋求之專利保護範疇，換言之，本案之專利保護範圍須視本說明書之申請專利範圍所界定者為準。
100,200:多聲道系統 110,120:音訊處理晶片 111,121:多工器電路 112,122:偵測電路 113,123:先入先出（FIFO）電路 114,124:調整電路系統 114A,124A:數位訊號處理器電路 114B,124B:濾波器電路 114C,124C:數位類比轉換器（DAC）電路 114D,124D:放大器電路 AS:音訊串流 CK:位元時脈訊號 EN,EN':致能訊號 S1~S4,S1'~S4':訊號 SEL1,SEL2:設定訊號 SL,SR:音訊資料 SO1,SO2:輸出訊號 SPL,SPR:揚聲器 CS:同步指令 CT1,CT2:計數值 SV:生效訊號 S151~S153,S251~S255,S310,S320,S330:操作 300:音訊處理方法
［圖1A］為根據本案一些實施例繪製一種多聲道系統的示意圖； ［圖1B］為根據本案一些實施例繪製圖1A之多聲道系統的多個操作之流程圖； ［圖2A］為根據本案一些實施例繪製一種多聲道系統的示意圖； ［圖2B］為根據本案一些實施例繪製圖2A之多聲道系統的多個操作之流程圖；以及 ［圖3］為根據本案一些實施例繪製一種音訊處理方法的流程圖。
100:多聲道系統
110,120:音訊處理晶片
111,121:多工器電路
112,122:偵測電路
113,123:先入先出(FIFO)電路
114,124:調整電路系統
114A,124A:數位訊號處理器電路
114B,124B:濾波器電路
114C,124C:數位類比轉換器(DAC)電路
114D,124D:放大器電路
AS:音訊串流
CK:位元時脈訊號
EN,EN':致能訊號
S1~S4,S1'~S4':訊號
SEL1,SEL2:設定訊號
SL,SR:音訊資料
SO1,SO2:輸出訊號
SPL,SPR:揚聲器

Claims (10)

  1. 一種音訊處理晶片，包含： 一偵測電路，用以偵測一音訊串流以輸出一致能訊號； 一先入先出電路，用以根據該致能訊號開始輸出該音訊串流中對應於一聲道之一音訊資料為一第一訊號；以及 一調整電路系統，用以處理該第一訊號以產生一輸出訊號至一揚聲器。
  2. 如請求項1之音訊處理晶片，其中該偵測電路用以在偵測到該音訊串流中的一非零資料值時輸出該致能訊號。
  3. 如請求項1之音訊處理晶片，其中該偵測電路用以響應於自一主機裝置發出的一同步指令偵測該音訊串流中的一時脈訊號，並對該時脈訊號中的至少一脈波進行計數以產生一第一計數值並回傳該第一計數值至該主機裝置，其中該主機裝置更用以根據該第一計數值決定是否輸出一生效訊號，且該偵測電路更用以響應於該生效訊號產生該致能訊號。
  4. 如請求項3之音訊處理晶片，其中該主機裝置用以在該第一計數值相同於來自其他晶片的一第二計數值時輸出該生效訊號。
  5. 如請求項1之音訊處理晶片，其中該調整電路系統包含： 一數位訊號處理器電路，用以調整該第一訊號的一音量與一聲音效果以產生一第二訊號； 一濾波器電路，用以對該第二訊號進行濾波，以產生一第三訊號； 一數位類比轉換器電路，用以轉換該第三訊號為一第四訊號；以及 一放大器電路，用以放大該第四訊號以產生該輸出訊號。
  6. 一種多聲道系統，包含： 一第一音訊處理晶片，用以處理一音訊串流中的一第一音訊資料以產生一第一輸出訊號；以及 一第二音訊處理晶片，用以處理該音訊串流中的一第二音訊資料以產生一第二輸出訊號，其中該第一音訊處理晶片與該第二音訊處理晶片中每一者包含： 一偵測電路，用以偵測該音訊串流以輸出一致能訊號； 一先入先出電路，用以根據該致能訊號開始輸出該第一音訊資料與該第    二音訊資料中之一對應者為一第一訊號；以及 一調整電路系統，用以處理該第一訊號以產生該第一輸出訊號與該第二輸       出訊號中之一對應者。
  7. 如請求項6之多聲道系統，其中該偵測電路用以在偵測到該音訊串流中的一非零資料值時輸出該致能訊號。
  8. 如請求項6之多聲道系統，其中該偵測電路用以響應於自一主機裝置發出的一同步指令偵測該音訊串流中的一時脈訊號，並對該時脈訊號中的至少一脈波進行計數以產生一計數值並回傳該第一計數值至該主機裝置，其中該主機裝置更用以在該第一音訊處理晶片回傳的該計數值相同於該第二音訊處理晶片回傳的該計數值時輸出一生效訊號，且該偵測電路更用以響應於該生效訊號產生該致能訊號。
  9. 如請求項8之多聲道系統，其中若該第一音訊處理晶片回傳的該計數值不同於該第二音訊處理晶片回傳的該計數值，該主機裝置再次輸出該同步指令，且該偵測電路更用以響應於該同步指令重新計數該時脈訊號中的該至少一脈波以更新該計數值。
  10. 一種音訊處理方法，包含： 偵測一音訊串流以輸出一致能訊號； 藉由一先入先出電路根據該致能訊號開始輸出該音訊串流中的一音訊資料為一第一訊號；以及 處理該第一訊號以產生一輸出訊號至一揚聲器。
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