TWI390991B - 音訊裝置與音訊處理方法 - Google Patents

Description

音訊裝置與音訊處理方法

本發明係有關一種音訊裝置與音訊處理方法，特別是一種針對數位式麥克風的音訊裝置與音訊處理方法。

電腦領域包含：桌上型電腦(Desktop)、筆記型電腦(notebook)或膝上型電腦(laptop)等，以及手機領域，皆具有音效處理功能，且一般具有音效編碼解碼器(codec)以作為音效處理單元。一般音效編碼解碼器會連接輸出裝置與輸入裝置，其中輸出裝置如：喇叭或耳機等，而輸入裝置如：類比式麥克風、數位式麥克風或音源輸入(Line In)等。

由於傳統的麥克風，容易受到雜訊(noise)干擾，例如：手機撥接，或者當印刷電路板之銅箔線路(PCB trace)越長，所產生的干擾源就越多。因此，促成數位式麥克風(digital microphone)的產生，由於數位式麥克風所傳送的訊號屬於數位式數據(digital data)，因此不容易受到雜訊的干擾。

當電腦領域或手機領域使用數位式麥克風作為音訊輸入裝置時，音效編碼解碼器會提供數位式麥克風所需要的時脈(clock)訊號，而數位式麥克風即會依據時脈訊號，擷取音源訊號而提供予音效編碼解碼器。

由於音效編碼解碼器所提供的時脈訊號屬於高頻訊號，且在應用上數位麥克風所設置的位置跟音效編碼解碼器通常具有一定的距離，使得較長的線路長度(wire length)會形成如天線般地現象，而將時脈訊號中的高頻成份輻射出去，造成電子裝置的干擾，亦即所謂的電磁干擾(electric magnetic interference，EMI)。

有鑑於此，本發明提出一種音訊裝置與音訊處理方法。針對數位式麥克風在應用上的問題加以改進，藉由本發明所提出的裝置或方法，可降低先前技術中高頻時脈訊號所產生的電磁干擾，且可同時減少電磁波所造成的人體傷害。

本發明提出一種音訊編解碼電路，包含：時脈產生模組、儲存單元、數位音源訊號及音訊編解碼核心。時脈產生模組產生時脈訊號及展頻時脈。儲存單元依據展頻時脈暫存來自於數位麥克風模組之第一數位音源訊號，並依據時脈訊號輸出第一數位音源訊號。音訊編解碼核心具有數位類比轉換電路與類比數位轉換電路，類比數位轉換電路係將第一類比音源訊號轉換成第二數位音源訊號，數位類比轉換電路係將第三數位音源訊號轉換成第二類比音源訊號以進行播放。

本發明亦提出一種音訊裝置包含：數位麥克風模組及音訊編解碼電路。數位麥克風模組依據展頻時脈擷取外部音源以產生數位音源訊號。其中，音訊編解碼電路包含：時脈產生模組、儲存單元及音訊編解碼核心。時脈產生模組產生時脈訊號與展頻時脈。儲存單元依據展頻時脈暫存數位音源訊號，並依據時脈訊號輸出數位音源訊號。音訊編解碼核心用以對音源訊號進行數位類比轉換或類比數位轉換之處理。

本發明亦提出一種音訊處理方法，包含下列步驟：產生時脈訊號與展頻時脈；依據展頻時脈，將來自於數位麥克風模組的數位音源訊號暫存於 儲存單元；依據時脈訊號，讀取儲存於儲存單元之數位音源訊號；透過數位介面電路輸出數位音源訊號。

本發明亦提出一種音訊編解碼電路，包含：音訊編解碼核心、時脈產生器、展頻電路、儲存元件及介面單元。音訊編解碼核心對音源訊號進行訊號轉換。時脈產生器產生時脈訊號。展頻電路展頻時脈訊號，並輸出展頻時脈。儲存元件依據展頻時脈接收源自數位麥克風之數位音源訊號，並依據時脈訊號輸出數位音源訊號。介面單元輸出數位音源訊號與來自於音訊編解碼核心之音源訊號至主機，並接收源自主機之音源訊號至音訊編解碼核心。

有關本發明的較佳實施例及其功效，茲配合圖式說明如後。

請參照「第1圖」，該圖所示為本發明音訊裝置之一實施例示意圖。本發明所提出之音訊裝置包含：音訊編解碼電路(audio CODEC)10及數位麥克風模組30。其中，音訊編解碼電路10包含：音訊編解碼核心60、數位介面電路17、時脈產生模組15及儲存單元40。於此，由於音訊編解碼核心60為本領域具通常知識者所知悉，故不再贅述其細節。其中，數位介面電路17可支援高解析度音效(High Definition Audio，HDA)介面或AC-link介面之規範。

時脈產生模組15產生時脈訊號以及展頻時脈。再由數位麥克風30依據展頻時脈，擷取外部聲音以產生數位音源訊號，並將數位音源訊號傳送至音訊編解碼電路10。

於此，由於展頻時脈為動態變化(時變)，亦即時脈頻率為忽快忽慢，相對的，數位麥克風30所回傳的數位音源訊號亦是忽快忽慢，因此會產生不同步的現象。為了解決此一現象，音訊編解碼電路10中可包含儲存單元40，其中，儲存單元40可為先進先出(FIFO)緩衝器40。FIFO緩衝器40可用以儲存來自於數位麥克風30之數位音源訊號，以避免因不同步而產生資料來不及處理而被遺漏(loss)之狀況。此外，音訊編解碼電路10中可包含濾波器50，用以對數位音源訊號進行降頻與/或低通濾波處理，以產生符合數位介面電路17規範之經濾波的數位音源訊號。

一實施例，可將經濾波的數位音源訊號饋送至音訊編解碼核心60，透過音訊編解碼核心60來進行數位類比轉換後，產生類比音源訊號，並予以播放。

一實施例，當數位麥克風30接收展頻時脈後，便會利用展頻時脈中上升邊緣(rising edge)與下降邊緣(falling edge)而擷取經由數位麥克風30中放大器(Amp)所放大之音源訊號。詳細的時序圖請參照「第2圖」為數位麥克風與展頻時脈之時序的一實施例示意圖。

數位麥克風模組30的一實施例可包含左聲道數位麥克風與右聲道數位麥克風，當然也可有只採用單一個聲道之數位麥克風30，故並不以此為限。「第1圖」與「第2圖」以具有兩個數位麥克風30，亦即分別為左聲道數位麥克風與右聲道數位麥克風為例作說明。請續參照「第2圖」，於此須先說明，左、右兩聲道數位麥克風並不會同時擷取音源訊號，而是當其中一個聲道為高阻抗時，另一個聲道才擷取音源訊號，如此反復變化以擷 取左、右兩聲道上之音源訊號。

當數位麥克風30發現展頻時脈為上升邊緣時，左聲道數位麥克風會先轉換為高阻抗狀態(Hi-Z)，而右聲道數位麥克風在經過短暫時間之後(通常為幾個奈秒(nerosecond，ns))，則會由高阻抗轉換為可擷取音源訊號的狀態(data valid)。於此，在展頻時脈為上升邊緣且左聲道數位麥克風轉態之前，音訊編解碼電路10會抓取左聲道數位麥克風的音源訊號。

另一方面，當數位麥克風30發現展頻時脈為下降邊緣時，右聲道數位麥克風會先轉換為高阻抗狀態，同樣經過短暫時間之後，左聲道數位麥克風會由高阻抗轉換為可擷取音源訊號的狀態。而同樣地，在展頻時脈為下降邊緣且右聲道數位麥克風轉態之前，音訊編解碼電路10會抓取右聲道數位麥克風的音源訊號。

上述之音源訊號之頻率範圍係為20Hz~20KHz，也就是人耳可以聽到的聲音頻率所分佈的範圍。此外，展頻時脈之頻率範圍可位於1MHz~4MHz之間，該頻率範圍為目前數位麥克風30可接收的頻率範圍。因此本發明提出利用展頻時脈的頻率分布在一個範圍，故可降低電磁干擾(electric magnetic interference，EMI)。

請參照「第3圖」為時脈訊號展頻之示意圖。具有展頻功能之展頻電路20所產生的展頻時脈，會隨著時間的不同而頻率有所變化。以音訊裝置為例，舉例說明：如上所述之時脈訊號之頻率範圍位於1MHz~4MHz，於此假設中心頻率fc為2MHz。依據本發明之展頻電路20，可採用向上展頻之技術或向下展頻之技術來降低電磁干擾，以向上展頻之技術為例，中心 頻率fc可上升至(1+δ)*fc，其中δ於本發明稱之為展頻率(spread rate)，於此假設展頻率(δ)為5%，亦即展頻幅度為0.1 MHz(2MHz*5%)，因此原本2MHz的中心頻率fc可上升至2.1MHz。

若以向下展頻之技術為例，中心頻率fc可下降至(1-δ)*fc，於此同樣假設展頻率(δ)為5%，展頻幅度同樣為0.1 MHz，因此原本2MHz的中心頻率fc可下降至1.9MHz。於此，展頻率的範圍可為±0.5%~±5%之間。此外，展頻率的數值大小與音訊裝置所產生之電磁干擾的數值大小成反比關係，也就是說，如果展頻率的數值越大，就可以使電磁干擾的數值越小。因此，可藉由調高展頻率，以降低電磁干擾。

請續參照「第3圖」，可發現於時間軸上有一個參數fm，於此fm即為調變率(modulation rate)。而1/fm即為展頻時脈的時間週期，在一個時間週期(1/fm)之內，分別會產生一次最高的展頻時脈(如：2.1MHz)及一次最低的展頻時脈(如：1.9MHz)。由於，本發明所提出的音源訊號之頻率範圍，乃是人耳所能辨識的頻率範圍，亦即20Hz~20KHz。由實驗數據發現，若以單頻輸入的音源訊號為例，其調變率(fm)低於40KHz，於展頻後會在20Hz~20KHz之間的某一個頻率，產生互調失真(inter modulation distortion，IMD)的現象，可以左列的式子來表示：IMD訊號=fm-音源訊號。如此將造成使用者會聽到額外的雜音出現，而影響音訊的品質。因此，本發明提出展頻電路20之調變率(fm)可於40KHz至50KHz間，如此於展頻後，便不會在人耳所能辨識的頻率範圍內，有任何失真的訊號產生，當然，可依應用需要而作調整。

請參照「第4圖」，該圖所示為本發明音訊處理方法之流程圖，包含下列步驟。

步驟S10：產生時脈訊號與展頻時脈。其中，時脈訊號之頻率範圍可位於1MHz~4MHz。

一實施例，數位麥克風模組依據展頻時脈擷取外部聲音以產生數位音源訊號。一實施例中，數位麥克風可包含左聲道數位麥克風與右聲道數位麥克風。於此，展頻時脈之調變率係可於40KHz至50KHz間擇一頻率來進行展頻。此外，展頻時脈之展頻率的數值大小與所產生之電磁干擾的數值大小係成反比。其中，展頻率之範圍可為±0.5%~±5%。

步驟S20：依據展頻時脈，將來自於數位麥克風模組的數位音源訊號暫存於儲存單元。其中，儲存單元可為先進先出緩衝器(FIFO)。

步驟S30：依據時脈訊號，讀取儲存於儲存單元之數位音源訊號。

步驟S40：透過數位介面電路輸出數位音源訊號。一實施例，數位介面電路可為高解析度音效(HDA)介面或是AC-link介面。

除上述步驟外，可包含下列步驟：對數位音源訊號進行降頻處理及/或低通濾波處理。

雖然本發明的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明的範疇內，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧音訊編解碼電路

15‧‧‧時脈產生模組

17‧‧‧數位介面電路

20‧‧‧展頻電路

30‧‧‧數位麥克風模組

40‧‧‧儲存單元

50‧‧‧濾波器

60‧‧‧音訊編解碼核心

70‧‧‧時脈產生器

第1圖：本發明音訊裝置之一實施例示意圖

第2圖：數位麥克風與展頻時脈之時序的一實施例示意圖

第3圖：時脈訊號展頻之示意圖

第4圖：本發明音訊處理方法之流程圖

10‧‧‧音訊編解碼電路

15‧‧‧時脈產生模組

17‧‧‧數位介面電路

20‧‧‧展頻電路

30‧‧‧數位麥克風模組

40‧‧‧儲存單元

50‧‧‧濾波器

60‧‧‧音訊編解碼核心

70‧‧‧時脈產生器

Claims (34)

1. 一種音訊編解碼電路，包含：一時脈產生模組，產生一時脈訊號及一展頻時脈，其中該展頻時脈之一展頻率的數值大小與該音訊編解碼電路所產生之一電磁干擾的數值大小係成反比；一儲存單元，依據該展頻時脈暫存來自於一數位麥克風模組之一第一數位音源訊號，並依據該時脈訊號輸出該第一數位音源訊號；以及一音訊編解碼核心，具有一數位類比轉換電路與一類比數位轉換電路，該類比數位轉換電路係將一第一類比音源訊號轉換成一第二數位音源訊號，該數位類比轉換電路係將一第三數位音源訊號轉換成一第二類比音源訊號以進行播放。
2. 如請求項1之電路，其中該時脈產生模組包含：一時脈產生器，產生該時脈訊號；以及一展頻電路，展頻該時脈訊號，並輸出該展頻時脈。
3. 如請求項2之電路，其中該展頻電路之一調變率於40KHz至50KHz之間。
4. 如請求項1之電路，其中該展頻率係實質等於±0.5%。
5. 如請求項1之電路，更包含：一數位介面電路，耦接於該音訊編解碼核心與該儲存單元，用以將該第一數位音源訊號及該第二數位音源訊號中之至少其一傳送到一主機，並將來自該主機之該第三數位音源訊號傳送到該音訊編解碼核心。
6. 如請求項5之電路，其中該數位介面電路支援AC-link介面之規範。
7. 如請求項5之電路，其中該數位介面電路支援高解析度音效(HDA)介面之規範。
8. 如請求項1之電路，其中該時脈訊號之頻率於1MHz至4MHz之間。
9. 如請求項1之電路，其中該數位麥克風模組包含一左聲道數位麥克風與一右聲道數位麥克風。
10. 如請求項1之電路，更包含：一濾波器，用以對該第一數位音源訊號進行降頻與低通濾波中之至少其一，並產生經濾波之該第一數位音源訊號。
11. 如請求項10之電路，其中該數位類比轉換電路轉換經濾波之該第一數位音源訊號，以進行播放。
12. 一種音訊裝置，包含：一數位麥克風模組，依據一展頻時脈擷取一外部音源以產生一數位音源訊號；以及一音訊編解碼電路，包含：一時脈產生模組，產生一時脈訊號與該展頻時脈，其中該展頻時脈之一展頻率的數值大小與該音訊編解碼電路所產生之一電磁干擾的數值大小係成反比；一儲存單元，依據該展頻時脈暫存該數位音源訊號，並依據該時脈訊號輸出該數位音源訊號；以及一音訊編解碼核心，用以對一音源訊號進行數位類比轉換或類比數位轉換之處理。
13. 如請求項12之裝置，其中該時脈產生模組更包含：一時脈產生器，產生該時脈訊號；以及一展頻電路，展頻該時脈訊號，並輸出該展頻時脈。
14. 如請求項13之裝置，其中該展頻電路之一調變率於40KHz至50KHz之間。
15. 如請求項12之裝置，其中該音訊編解碼電路，更包含：一數位介面電路，耦接於該音訊編解碼核心與該儲存單元。
16. 如請求項15之裝置，其中該數位介面電路支援AC-1ink介面與高解析度音效(HDA)介面中之其一。
17. 如請求項12之裝置，其中該時脈訊號之頻率於1MHz至4MHz之間。
18. 如請求項12之裝置，其中該數位麥克風模組包含一左聲道數位麥克風與一右聲道數位麥克風。
19. 如請求項12之裝置，其中該音訊編解碼電路，更包含：一濾波器，耦接於該儲存單元，用以對該數位音源訊號進行降頻與低通濾波中之至少其一，並產生經濾波之該數位音源訊號。
20. 如請求項19之裝置，其中該音訊編解碼核心轉換經濾波之該數位音源訊號為一類比音源訊號，以進行播放。
21. 一種音訊處理方法，包含下列步驟：產生一時脈訊號與一展頻時脈，其中該展頻時脈之一展頻率的數值大小與該音訊處理方法所產生之一電磁干擾的數值大小係成反比；依據該展頻時脈，將來自於一數位麥克風模組的一數位音源訊號暫存於 一儲存單元；依據該時脈訊號，讀取儲存於該儲存單元之該數位音源訊號；以及透過一數位介面電路輸出該數位音源訊號。
22. 如請求項21之音訊處理方法，其中該數位介面電路支援一高解析度音效(HDA)介面或是AC-link介面之規範。
23. 如請求項21之音訊處理方法，其中該時脈訊號之頻率範圍於1MHz至4MHz之間。
24. 如請求項21之音訊處理方法，其中該展頻時脈之一調變率係於40KHz至50KHz之間。
25. 如請求項21之音訊處理方法，更包含下列步驟：對該數位音源訊號進行降頻與低通濾波中之至少其一。
26. 一種音訊編解碼電路，包含：一音訊編解碼核心，對一音源訊號進行一訊號轉換；一時脈產生器，產生一時脈訊號；一展頻電路，展頻該時脈訊號，並輸出一展頻時脈，其中該展頻電路之一展頻率的數值大小與該音訊裝置所產生之一電磁干擾的數值大小係成反比；一儲存元件，依據該展頻時脈接收源自一數位麥克風之一數位音源訊號，並依據該時脈訊號輸出該數位音源訊號；以及一介面單元，輸出該數位音源訊號與來自於該音訊編解碼核心之該音源訊號至一主機，並接收源自該主機之該音源訊號至該音訊編解碼核 心。
27. 如請求項26之電路，其中該音訊編解碼電路包含：一濾波器，對該數位音源訊號進行降頻及低通濾波中之至少其一，以使該數位音源訊號符合該介面單元之規範。
28. 如請求項26之電路，其中該介面單元支援AC-link介面與高解析度音效(HDA)介面中之其一。
29. 如請求項26之電路，其中該時脈訊號之頻率於1MHz至4MHz之間。
30. 如請求項26之電路，其中該展頻電路之一調變率於40KHz至50KHz之間。
31. 如請求項26之電路，其中該至少一數位麥克風包含一左聲道數位麥克風與一右聲道數位麥克風。
32. 如請求項26之電路，其中該訊號轉換可為一數位類比轉換。
33. 如請求項26之電路，其中該訊號轉換可為一類比數位轉換。
34. 如請求項26之電路，其中該音訊編解碼核心將該音源訊號由數位轉換為類比以進行播放。