TWI308739B - Audio processing circuit and method - Google Patents

Description

1308739 ' 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本案係為一種音訊處理電路及相關方法，尤指與影像 • 處理電路整合於同一積體電路晶片上之音訊處理電路及相 關方法。 • 【先前技術】 將席本屬於不同積體電路晶片但卻共同運作於同一電 子裝置中的不同功能之電路模組整合於同一積體電路晶片 上，疋目前許多積體電路設計公司所追求的目標，因為如 ，不但可使其積體電路晶片功能更強大，更可有效降低其 f戶之產品成本’進而提昇其產品競爭力。舉例來說，目 成為市場主流之液晶電視，其内部便設置有多種不 控:控制影像顯示之影像晶片11以及 習用液晶電視i 12，^者原本f如第7圖所示之 自獨立、路功能方塊示意圖，係完成於各 却卫之積體電路晶片μ ，、丄 計之目的，於9 ，但為能達成節省成本與簡化設 在同-積體電：曰述影像晶片11以及音效晶片12整合 再;Si上已是將來的趨勢。 丹明參見第二圖，罝 體電路晶片上之習用音:=與影像電路模級整合在同一積 意圖，其中數位聲音^文電路模組之部份電路功能方塊示 ;先送入内插态21 (interp〇iat〇r ) 6 1308739 轉換後而換器(dac)25之處理與 而在傳統規念中，數你趣4 & 伴隨該數位簦立次 頒比轉換器（DAC) 25需要以 基礎，產生古相關產生之取樣頻率時脈信號Fs為 示日ί高倍頻的工作時脈信號，例如圖中所 片中增二二因此習用手段中必須在晶 率時脈信號Fs而產生其倍ζ (PLL) 26來根據該取樣頻 數位類轉鋪（靴^^㈣脈錄義提供給 通常為_或 (DAC)25所+> 、，斗里配a上數位類比轉換器 就增設=二=作時脈信號•於是系統中 運算。而内插器21來騎相_資料内插 疋而要_相鎖迴路（PLL)26來產生與提供。也 對於路（PLL)26係屬於面積龐大之類比電路， 生產成本有相當不利之影響。因此，^ 本，進而改善上述習用手段在成 本案之最主要的目的。、方面上的缺失，係為發展 【發明内容】 本案係為料訊處理電路U於—多媒體裝置 7 1308739 _，該音訊處理電路包含：一時脈信號合成器， 頻率時脈信號與一第一參考時脈信二 «信號；-時序產生器，電連接於該時脈信號f楚 轉換 裔，其係 並根據 二係= 广脈信號而產生至少-第-倍頻時:传 滅，—數位内插電路模組，其係接收該第-倍頻時脈仲 =與，樣頻率時脈信號相闕之—第—數位音訊資“ 二内插處理而產生一第二數位音訊資料；—取樣速率 器’電連接於該數位内插電路模組與該時序產生署 根據該第-倍頻時脈信號來接收該數位音訊資料°，’ 資 :弟二參考時脈錢而送出—重新取樣後之數位音= 枓’以及-触巍轉換H，電連接於該取樣速率轉換哭 其係接㈣錄取之·音蹄频_f㈣二參。考 來將該錄取樣後之數位音訊f料轉換成—類 氧曰k號後輪出。 、 根據上述構想，本案所述之音訊處理電路，其中該护 序產生5係根據該基礎時脈信號更產生—第二倍頻時脈^ #h亥第—倍頻時脈信號之頻率低於該第—倍頻時脈信號。 根據上述構想，本案所述之音訊處理電路，其中該 L頻日守脈彳§號與該第二倍頻時脈信號之頻率則分別是該 取樣頻率時脈信號頻率之256倍以及8倍。 § 根據上述構想，本案所述之音訊處理電路，其中該 位内播電路模組包含：—内插濾波器，其係因應該第^ 頻時脈信號而對該第-數位音訊資料進行—第_内插處^ 而產生一初步取樣點數量增加之數位音訊資料； 1308739 一先進先出缓衝器，電連接於該内插濾波器，其係因 應該第二倍頻時脈信號而作動，用以先進先出方式暫存該 初步取樣點數量增加之數位音訊資料；以及一線性内插 器，電連接於該先進先出緩衝器，其係因應該第一倍頻時 脈信號而作動而對該先進先出緩衝器輸出之該初步取樣點 數量增加之數位音訊資料進行一第二内插處理而產生取樣 點數量增加之該第二數位音訊資料。

根據上述構想，本案所述之音訊處理電路，其中該第 二參考時脈信號係由與該影像處理電路所共用之一振盪器 所產生，而該第二參考時脈信號之頻率與該第一倍頻時脈 信號之頻率相近。 根據上述構想，本案所述之音訊處理電路，其中該第 二參考時脈信號之頻率略大於該第一倍頻時脈信號之頻 率。 根據上述構想，本案所述之音訊處理電路，其中該振 盪器係位於該積體電路晶片之外。 根據上述構想，本案所述之音訊處理電路，其t該數 位類比轉換器係為一三角積分數位類比轉換器。 根據上述構想，本案所述之音訊處理電路，其所應用 於上之該多媒體裝置係可為一平面顯示器。 根據上述構想，本案所述之音訊處理電路，其係與一 影像處理電路整合於一積體電路晶片上，而該積體電路晶 片係應用於該多媒體裝置中。 根據上述構想，本案所述之音訊處理電路，其中該第 9 1308739 一麥考時脈信號與該第一參考時脈信號係與該影像 路所共用。 甩 根據上述構想，本案所述之音訊處理電路，其中該第 一參考時脈信號之頻率係大於200MHz，而該第二泉考時 脈仏號之頻率係為14.318MHz。 、 々本案之另一方面係為一種音訊處理方法，應用於將— 第-數位音訊資料轉換為一類比聲音信號之一多媒體裝置 :4方法包含下列步驟：根據一取樣頻率時脈信號與— 第一參考時^t號而產生一基礎時脈信號；接收該基 T信號而產生至少—第—倍頻時脈信號；接收該第-倍頻 時脈信號以及與該取樣頻率時脈信號相關之一第一數位 ，資料進行内插處理而產生—第二數位音訊資料；根據^ =一倍頻時脈信縣接收該第二數位音訊資料，並根據— 第二參考時脈信號而送出-重新取樣後之數位音訊資料； ^及接收該重新取樣狀触音訊f料錄據該第二 絲將該重新取樣後之數位音訊㈣轉換成一類比 聲音信號後輸出。 =4構想，本案所述之音訊處理方法，其中根據 =㈣脈錢更產生-第二倍頻時脈信號，該第二倍頻 邊仏叙頻率低於該第—倍晴脈信號。 、 根據上述構想，本案所述之音訊處理方法，其中該第 取號與4第—倍頻時脈信號之頻率則分別是該 取樣頻率雜錢鮮之256細及8倍。 根據上述構想，本案所述之音訊處财法，其令接收 10 1308739 該第一倍頻時脈信號以及與該取 數位音訊資料進行内插處理法^脈信號相關之該 第二倍頻時脈信號而對該第_數位;=驟二= 插處理而產生一初步取樣點數量增加之數位立仃第 應該第二倍頻時脈信號而以先進先出方式4:資料;因 點數量增加之數位音訊資料；以及—線性初步取樣 於該先進先出緩衝器，其係因庫兮 電連接 動而對該先進先出緩衝器輸出之該初步取樣而作 貝枓進仃-第二内插處理而產生取氣 ， 之5亥弟一數位音訊資料。 里3加 根據上述構想，本案所述之音訊處理方法，▲ 二參考時脈信號係由與—影像處理電路所制之二該第 所產生’而·二參考時脈信號之料無第2器 信號之頻率相近。 l頰時脈 根據上述構想，本案所述之音訊處理方法，其〜 二參考時脈信號之解略大於該第—倍頻時脈：该第 率。 Iq現之頻 根據上述構想，本案所述之音訊處理方法，其戶 於上之該多媒體裝置係可為一平面顯示器。 斤應用 根據上述構想，本案所述之音訊處理方法，其 一參考時脈信號之頻率係大於200MHz，而該第^表该^ 脈信號之頻率係為14.318MHz。 β考時 【實施方式】 11 1308739 ^请麥見第三圖，其係根據本發明較佳具體實施例之音 处理電路之功能方塊示意圖’音訊處理電路31較佳地係 與—影像處理電路39整合於一積體電路晶片30之上，而 f積體電路晶片3G係應用於—顯示器3中，而本案之音訊 处理電路31主要包含有一時脈信號合成器310、-時序產 =器3H、—數位内插電路模組312、一取樣速率轉換器 13以及—數位類比轉換器314。 ^•脈 合成 & (Ck)ckSynthesize〇 训係根據 考時脈合成產生 =礎⑽域⑽，轉巾該第—參树脈信號ρ 影像處理電路39所共狀—第―時脈信號源39〇 斤，，因此本發明的第一個優點是不需 trrt縣賴比電路完紅制大面積 腺作源不器3之現有硬體元件中選擇適當的時 。&源由於在同—積體電路晶片3〇 39中，通常具有此類 〜像處理電路 可任音從㈣^ f求的時脈信賴，因此設計者 工作Sit好喊第—時脈錢源39G之選擇原則是 作頻羊越4好，通常影像處理電路％ 二：以上的相鎖迴路⑽)時脈 運= 於電連接於該時脈信號合成器3]〇之 哭運二至 ge職t〇r) 3Π則接收該基 。^麵邶 倍頻時脈信號與—第一俾：:U CK〇❿產生-第-用。 弟—倍靖mm綠其鱗 12 13〇8739 時脈信號合成器（Clock Synthesizer) 310與時序產生 器（timing generator) 311皆是已被廣泛運用之純數位電 路’因此其内部構造便不需再贅述。應注意到的是，以純 數位電路所完成之時脈信號合成器310與時序產生器311 所占用之電路面積極小，約是以類比電路完成之習用相鎖 迴路（PLL )的之面積的百分之一，因此可大幅節省晶片 面積’而且方便跟著製程演進而縮小。

因此，本案便用上述之時脈信號合成器

Clock

Synthesizer) 310 與時序產生器（tjming generat〇r) 來

取代習用技術中之相鎖迴路26之一部份功能，意即以時序 產生器（timing generator) 3丨！所產生之第一倍頻時脈信號 與一第二倍頻時脈信號來供數位内插電路模組312中:内b 插濾波器312 G、絲先出緩衝器3! 2 i以及線性内插哭3⑵ 來使用，其中内插濾波器312〇係因應該第二倍頻時^信號 而對接收狀第-數位音訊#料進行H插處理而產 生-初步取樣點數量增加之數位音訊資料，而先進先 衝器3121則因應該第二倍頻時脈信號而作動，進兮 初步取樣點«增加之触音訊㈣，至於祕内辭 3122則因應該第—倍頻時脈信號而作動而對該先進先出 =器輸tH之該初錄樣點數量增加讀 第二内插處理而產生取樣點數量增加之 :資取樣點數量增加之該第二數位音;資: nrt上數位類比轉換器314之取樣頻 "頻恰脈信號與一第二倍頻時脈信號之 13 1308739 m " 25^ TZ^TmM * m Fs ^256 ^ s」以及8倍頻信號「8ps」。 舆時紅時_合成器- 組312且不會影塑盆正當、該彳貝科之數位内插電路模 換_之輪出轉 過::抖動一二::常 逆H爾出口口質。因此’本實施例利用 參考時脈信號阳來供該取樣速率轉換之弟二 =~換_來運用轉= 及不大1增加電路面積，發明人牛 。口貝 3體元件中選擇適當的時脈信號;，=== 電路晶片30上之影像處理電路39， =知體 之時脈信號源，例如原本產生供影像處理：二::性 生之時脈信號，應二； 此叹物境中，振心40縣6存在所以不需另外辦〜 而且振盪器40所產生之時脈信號非常穩定 ：：， 因此完全符合上述信號品質及不增加魏面積的要^冋备 =統中也有其他符合要求之時脈源也是可以選用二 大頁似本例中以振盪器（〇sclUat〇r) 4〇 號源之選擇原則是玉作頻率約在第—倍^ 附近即可。而取樣頻率時脈信號Fs 頻率 ,01 ττ 项·吊為32kHz或 锻Hz，以本例來說，若該取樣頻率時脈信號贿z. 14 1308739 而第一倍頻時脈信號之頻率「256Fs」約為l2.288MHz ;於 此貫施例中，利用原本產生供影像處理電路39運用之 14.318MHz時脈信號之振盪器（oscillator) 40足以適用。 至於數位類比轉換器別則接收該重新取樣後之數位音訊 貝料並根據該第二參考時脈信號來將該重新取樣後之數位 • =訊資料轉換成一類比聲音信號後輸出 ，而數位類比轉換 ' 器314之電路架構與動作與習用電路並無不同，較佳地用 二角積分數位類比轉換器（Delta-SigmaDAC)來完成，於 此便不再贅述。 而當取樣頻率時脈信號Fs改為32kHz，導致第一倍頻 時脈信號之頻率“256Fs”變為8.192MHz時，運用上述 14·318ΜΗζ日^•脈#號之振盪器（〇sciiiat〇r)4〇亦頗為理想。 另外，若是系統想要支援兩種以上不同頻率之音源並可同 時處理，例如同時處理一 32kHz的第一聲音信號與一 48kHz的第一聲音化號，需要設置兩套時脈信號合成器31〇 • 與時序產生器311之組合’以便分別參考32kHz與48kHz 的取樣頻料脈信號Fs來產生該等倍頻時脈信號。同上所 • 述，由於 Fs==48kHz 時，“256Fs” 約為 12·288ΜΗζ，而 - Fs = 32kHz時，“256Fs”約為δ192ΜΗζ，兩者都低於現 有振盪斋（oscillator) 40之14.318MHz時脈信號，因此設 置兩套時脈信號合成器310與時序產生器311便可滿足需 求。相較習用手段中若設置兩套完全相同的習用相鎖迴路 (PLL)所占用之電路面積，更突顯出本案之優點。對於 多音頻訊號之輪出入處理，例如一邊看影片、一邊錄製電 15 1308739 視節目，本發明之架構十分有利。而且運用本案手段所產 生之類比聲音信號，對於位在20Hz至20ΚΗζ的聲音頻段， 並不會產生任何可被察覺的品質損失。 再者，雖然8·192ΜΗζ與14.318MHz間之差異並不太 影響最後類比聲音信號之品f ’但透過對時脈信號合成器 310 /、B守序產生态311之參數調整，例如將256J7s調整成 512Fs ’將其輸出之該等倍頻時脈信號之頻率調整成

16.384MHz’讓其與該振盡器（oscillator) 40之頻率Η 3ΐδ MHz更加接近，可以使信號品質更佳。 弟四圖顯示根據本發明較佳具體實施例之音訊處理方 法，程示意圖，主要步驟包含：首先，根據一取樣頻率時 虎與-第-參考時脈信號而產生—基礎時脈信號，而 田、中4第|考時脈信驗佳係與該影像處理電路所共 ^然後接收絲礎時脈錢而產生至少—第—倍頻時脈

著係接收該第—倍頻時脈信號以及與該取樣頻率 t號相關之—第—數位音訊資料進行内插處理而產Ϊ —取樣點數量增加之筮-軏>* ^ 頻時贩m拉訊賢料；再根據該第—倍 ^脈仏絲触練樣點數量增加之第二數位音訊資 ;斗並根據一精準之第-夫|/ § 、 後之數位^〜 時脈信號而送重新取樣 理該第二參树脈錢'減該影像處 根考後之數位音訊資料並 料轉換成-類㈣音錢=；：絲取樣後之數位音訊資 综上所述，本發明不需額外増設時脈信號源，同時可 16 1308739 ^去原本以類比電路完成之習用相鎖迴路（pLL)，而所增 二之日守脈彳„號合成II (ClGekSynthesizer) 時序產生 器（timlngge職t〇r)311所占用之電路極、 =百個㈣閘，約是簡比電路完叙制相鎖迴路 二\之面積的百分之一，因此可大量節省晶片面積； 月之新穎架構，純數位的時脈信號合成器310與 點·而生L311更可直接享受製程演進所帶來的完全優 二規屮^ 4上需要路來科同音源時更 其價值所在。本發明可應用於如液晶電視等顯 各式^媒體裝置上，但凡其它未脫離本發 下、下所凡紅等效改變或修飾，均應包含在 下述之申凊專利範圍内。 【圖式簡單說明】 解：本案得藉由下列圖式及詳細說明，俾得一更深入之了 第\:】::液日曰電視之部份電路功能方塊示意圖。 弟一圖係習用音效電路模組之部份電路功倉匕方塊土 弟-圖係根據本發明較佳口 能方塊示意圖。 π處理電路之功 第四圖係根據本發明〜 示意圖。 k、財闕之音訊處理方法流程 1308739 【主要元件符號說明】 本案圖式中所包含之各元件列示如下： 液晶電視1 影像晶片11 音效晶片12 相鎖迴路26 内插器21 數位類比轉換器25 顯示器3 積體電路晶片30 音訊處理電路31 影像處理電路39 時脈信號合成器310 時序產生器311 數位内插電路模組312 取樣速率轉換器313 數位類比轉換器314 内插濾波器3120 先進先出緩衝器3121 線性内插器3122 第一時脈信號源390 振盪器40 18

Claims (1)

1308739 十、申請專利範圍： 1.一種音訊處理電路，應用於一多媒體裝置中，該音訊處 理電路包含： 一時脈信號合成器，其係根據一取樣頻率時脈信號與 一第一參考時脈信號而產生一基礎時脈信號； 一時序產生器，電連接於該時脈信號合成器，其係接 收該基礎時脈信號而產生至少一第一倍頻時脈信號； | 一數位内插電路模組，其係接收該第一倍頻時脈信號 以及與該取樣頻率時脈信號相關之一第一數位音訊資料進 行内插處理而產生一第二數位音訊資料； 一取樣速率轉換器，電連接於該數位内插電路模組與 該時序產生器，其係根據該第一倍頻時脈信號來接收該第 二數位音訊資料，並根據一第二參考時脈信號而送出一重 新取樣後之數位音訊資料；以及 P —數位類比轉換器，電連接於該取樣速率轉換器，其 係接收該重新取樣後之數位音訊資料並根據該第二參考時 脈信號來將該重新取樣後之數位音訊資料轉換成一類比聲 音信號後輸出。 2. 如申請專利範圍第1項所述之音訊處理電路，其中該時 序產生器係根據該基礎時脈信號更產生一第二倍頻時脈信 號，該第二倍頻時脈信號之頻率低於該第一倍頻時脈信號。 3. 如申請專利範圍第2項所述之音訊處理電路，其中該第 一倍頻時脈信號與該第二倍頻時脈信號之頻率則分別是該 19 1308739 取樣頻率時脈信號頻率之256倍以及8倍。 你明專利知圍第2項所述之音訊處理電路，盆中令數 第-數波其係111應該第二倍頻時脈信號而對該 弟數位音訊資料進行一篦一囟你老„ 點數量增加之數位音訊資料；W而產生一初步取樣 應該第先電連接於該内插濾波器，其係因 初步作動，用以先_ 樣j數I增加之數位音訊資料；以及 —線性内插器，電連接於該先進 應該第-倍頻時脈信號而作動而對券裔’/、係因 之該初步取樣點數量增加之數位立出緩衝器輪出 處理而產哇雨採 9況負料進行—第二内插 i項所述之音訊=;二 所產，脈^虎係由與該影像處理電路所共用之二^第 广，而該第二參考時脈信號之頻率盥嗲第辰1器 k#u之頻率相近。 /、遺弟—倍頻時脈 請專利範圍第5項所述之音訊 一參考時脈信號之頻率略 其中該第 率。 亥弟—倍頻時脈信號之頻 其中該. 其中該: 7.如申請專利範圍第5項所述 盈益係位於該積體電路晶片之外。W甩路 8·如申請專利範圍第丨項所述之音訊 位類比轉換哭係兔—_ 处黾路 、口口 ’、為—二角積7刀數位類比轉換器， 20 1308739 9·如申請專利範圍第丨項所述之音訊處理電路， 於上之該多媒體裝置係可為—顯示器。 -所應用 申請翻範，丨項所述之音訊處理電路 衫像處理電路整合於一積體電路晶片上，而 j與一 片係應用於該多媒體裝置中。 X貝版电路晶 利範圍第ig項所述之音訊處理電路，其中續 電路i共1夺脈信號與該第二參考時脈信號係與該影像處理 請專利範圍第1項所述之音訊處理電路，1中节第 ^時脈信號之頻率係大於細MHz，而該第二參“ 心就之頻率係為14.318MHz。 -類=方法，用以將—第—數位音崎料轉換為 貝比耳曰尨號，該方法包含下列步驟： 生取樣頻率時脈信號與一第-參考時脈信號而產 王基礎時脈信號； | 號；接收該基礎時脈信號而產生至少—第—倍頻時脈信 相關弟倍頻時脈信號以及與該取樣頻率時脈信號 位音訊^ 音訊資料進行内插處理而產生一第二數 料，第：倍3脈信號來接收該第二數位音訊資 位音訊資料，· t 脈信號而送出一重新取樣後之數 接收該重新取樣後之數位音訊資料並根據該第二參考 21 1308739 時脈信號來將該重新取樣後之數位音訊資料轉換成該類比 聲音信號後輸出。 如申明專利範圍苐13項所述之音訊處理方法，其中根 據，基礎時脈信號更產生一第二倍頻時脈信號，該第二^ 頻日年脈信號之頻率低於該第一倍頻時脈信號。 D 如申請專利範圍第14項所述之音訊處理方法，其中該 帛—倍頻時脈信號與該第三倍頻時脈信號之解齡了 δ亥取樣頻率時脈信號頻率之256倍以及8倍。、疋 專利範㈣14項所述之音訊處二方法，其中接 ，二立倍頻時脈信號以及與該取樣頻率時脈信號相關之 该數位音訊資料進行内插處理之方法包含下列步驟相關之 行St:::信號而對該$-數位音訊資料進 訊資料；& ^生—初步取樣點數量增加之數位音 因應該第二倍頻時脈信號而以先 步取樣點數量增加之數位音訊資料；以及丨式曰存該初 —線性内插器，電遠 應該第—倍頻時派信號而作動而"對出緩衝器，其係因 之該初步取樣點數量增加之數位立ζ二先出緩衝器輪出 處理而產生取樣點數量增加之曰:貝科進仃一第二内插 17.如申請專利範圍第13項所；：數位音訊資料。 第二參考時脈信號係由與—、=曰況處理方法，其尹該 器所產生，而該第二象考 处理包路所共用之—振盡 脈信號之頻率相近。/、脈4號之頻率與該第—倍頻時 22 1308739 專利靶圍弟π項所述之音訊處理方法， 第二參考時脈作·缺 其中該 率。 L唬頻率略大於該第一倍頻時脈信號之頻 19♦如申請專利範圍第17項所述之音訊處理方法 用於上之該多媒體裝置係可為—平面顯示器。 如申請專絲㈣13賴述之音訊處理料，其 第一參考時脈信號之頻率係大於200MHz，而該第二丧= 犄脈指號之頻率係為14.318MHz。 乂

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