TWI433030B - 音訊處理系統及方法 - Google Patents

Description

音訊處理系統及方法

本發明關於一種音訊處理系統及方法。

圖1為一方塊圖，顯示用於一可攜式裝置的錄音系統電路架構。一般而言，錄音系統100為處理聲音訊號，通常設計為具有處理交流(AC)訊號的電路架構，但若錄音系統100於錄音時同時要顯示電池電力，因為電池電壓是直流(DC)信號，所以需要一個額外電路同時進行電壓量測。因此，如圖1所示，錄音系統100同時包含兩個類比數位轉換器，利用音訊三角積分類比數位轉換器(audio sigma-delta ADC)102可將經由可程式增益放大器106放大的聲音訊號轉換為數位音碼資料，且利用連續近似類比數位轉換器(SAR ADC)104可將電池電壓訊號轉換為數位電池電壓資料，如此在進行高品質錄音時同時可量測並顯示電池電力。於該習知設計中，音訊三角積分類比數位轉換器102通常包含一個三角積分器108及一數位音訊濾波器112。然而，上述電路架構需兩個類比數位轉換器102、104，明顯提高製造成本並使電路架構較為複雜。

本發明提供一種具低製造成本及簡化電路架構的音訊處理系統及其音訊處理方法。

依本發明一實施例之設計，一種音訊處理系統包含一資料流控制單元、一類比多工器、一三角積分調變器、一直流電壓偵測器及一數位音訊濾波器。資料流控制單元用以產生一第一控制信號及一第二控制信號，第一控制信號及第二控制信號分別具有交替變化的一高位準及一低位準，類比多工器耦接於資料流控制單元且依據第一控制信號交替輸出一直流電壓訊號及一聲音訊號。三角積分調變器耦接於類比多工器以將直流電壓訊號及聲音訊號分別轉換為一數位電壓資料及一數位音碼資料，且三角積分調變器依據第二控制信號交替輸出數位電壓資料及數位音碼資料。直流電壓偵測器耦接於三角積分調變器以接收數位電壓資料，且數位音訊濾波器耦接於三角積分調變器以接收數位音碼資料。

於一實施例中，一資料切換單元耦接於三角積分調變器與直流電壓偵測器之間、及三角積分調變器與數位音訊濾波器之間，資料切換單元依據第二控制信號將三角積分調變器輪流導通直流電壓偵測器及數位音訊濾波器，且聲音訊號為經由一可程式化增益放大器放大的一組差動輸入訊號或一單端輸入訊號。

於一實施例中，直流電壓訊號為音訊處理系統的一電池電壓量測值、一溫度量測值或者一加速度量測值。

依本發明另一實施例之設計，一種音訊處理方法包含如下步驟：利用一第一控制信號使一第一輸出單元交替輸出一直流電壓訊號及一聲音訊號；將第一輸出單元輸出之直流電壓訊號及聲音訊號分別轉換為一數位電壓資料及一數位音碼資料，其中第一控制信號具有交替變化的一高位準及一低位準；及利用一第二控制信號使一第二輸出單元輪流將數位電壓資料輸出至一直流電壓偵測裝置、及將數位音碼資料輸出至一數位音訊濾波器，其中第二控制信號具有交替變化的一高位準及一低位準。第二控制信號的每一高位準持續時間大於或等於該第一控制信號的每一高位準持續時間，第一控制信號的每一高位準前緣與第二控制信號的每一高位準前緣的時序同步，且第一控制信號的每一高位準持續時間符合如下關係式：t1=N×T；其中T為一系統參考時脈的週期，N為正整數且1≦N＜32。

於一實施例中，系統參考時脈的頻率介於1.536MHz與24.576MHz之間，且第一控制信號的週期符合如下關係式：t2=M×T；其中T為該系統參考時脈的週期，M為正整數且M≧250。

藉由上述各個實施例之設計，僅使用單一音訊三角積分類比數位轉換器即可同時進行聲音訊號與直流電壓訊號的轉換，如此可省略習知設計中的連續近似類比數位轉換器，大幅降低製造成本並簡化電路結構。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中提到的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。

圖2為顯示依本發明一實施例之音訊處理系統的示意圖。如圖2所示，音訊處理系統10包含一類比多工器12、一音訊三角積分類比數位轉換器(audio sigma-delta ADC)14、一資料流控制單元16、一資料切換單元18、及一直流電壓偵測器22，且音訊三角積分類比數位轉換器14包含一個三角積分調變器24及一數位音訊濾波器26。

於本實施例中，類比多工器12具有至少兩個輸入端及一個輸出端，直流電壓訊號DS經由第一輸入端121進入類比多工器12，且聲音訊號AS經由第二輸入端122進入類比多工器12。資料流控制單元16耦接於類比多工器12並產生一第一控制信號S1及一第二控制信號S2，且類比多工器12依據第一控制信號S1，由輸出端123交替輸出直流電壓訊號DS及聲音訊號AS。詳如圖3所示，當第一控制信號S1為高位準時，類比多工器12的輸出為直流電壓訊號DS，且當第一控制信號為低位準時，類比多工器12的輸出為聲音訊號AS。因此，藉由資料流控制單元16的第一控制信號S1可控制類比多工器12輪流輸出直流電壓訊號DS及聲音訊號AS，產生如圖3所示的類比多工器輸出信號Sout。三角積分調變器24耦接於類比多工器12，因此若類比多工器12的輸出為直流電壓訊號DS並進入三角積分調變器24後，三角積分調變器24可將直流電壓訊號DS轉換為數位電壓資料，且若類比多工器12的輸出為聲音訊號AS並進入三角積分調變器24後，三角積分調變器24可將聲音訊號AS轉換為數位音碼資料。再者，於本實施例中，一資料切換單元18耦接於三角積分調變器24與直流電壓偵測器22之間、及三角積分調變器24與數位音訊濾波器26之間，資料切換單元18可依據資料流控制單元16的第二控制信號S2，利用一切換開關32將三角積分調變器24導通至直流電壓偵測器22或數位音訊濾波器26。舉例而言，如圖3所示，當第二控制信號S2高位準時，切換開關32切換至使三角積分調變器24導通直流電壓偵測器22，使數位電壓資料(資料B)輸出至直流電壓偵測器22；當第二控制信號S2為低位準時，切換開關32切換至使三角積分調變器24導通數位音訊濾波器26，使數位音碼資料(資料A)輸出至數位音訊濾波器26。因此，藉由同步地調整第一控制信號S1及第二控制信號S2的時序，原本持續進行音訊轉換處理的三角積分調變器24可分出一小段時間處理直流電壓訊號DS，而不會影響聲音轉換的品質。如圖3所示，於一實施例中，第二控制信號S2的每一高位準持續時間大於或等於第一控制信號S1的每一高位準持續時間，且第一控制信號S1的每一高位準前緣與第二控制信號S2的每一高位準前緣的時序大致同步。於一實施例中，音訊處理系統10的參考時脈SYS_CLK的頻率介於1.536MHz至24.576MHz之間，該參考時脈SYS_CLK同時為直流電壓偵測器22、三角積分調變器24、及數位音訊濾波器26的參考時脈。假設該參考時脈SYS_CLK的週期為T，第一控制信號S1的每一高位準的持續時間t1較佳為符合如下關係式：t1=N×T；其中N為正整數且1≦N＜32，該N值可視搭配的數位音訊濾波器26的特性決定，且第一控制信號S1的週期(連續的一高位準與一低位準的持續時間)t2較佳為符合如下關係式：t2=M×T；其中M為正整數且M≧250。

因此，藉由上述實施例之設計，僅使用單一音訊三角積分類比數位轉換器14即可同時進行聲音訊號AS與直流電壓訊號DS的轉換，如此可省略習知設計中的連續近似類比數位轉換器(SAR ADC)，大幅降低製造成本並簡化電路結構。再者，上述之直流電壓訊號DS並不限定為何種形式，各種藉由直流電壓輸出來表示外界參數變化的應用皆可運用於本發明。舉例而言，若該直流電壓訊號DS為偵測到的電池電力信號，則該音訊處理系統10可於錄音時同時顯示電池電力；若直流電壓訊號DS為溫度感測器或加速度感測器的直流電壓輸出，也可於進行聲音訊號AS轉換時同時顯示溫度值或加速度值。

圖4A為顯示資料流控制單元16之一實施例的方塊圖，圖4B顯示資料流控制單元16所處理的訊號的波形圖。於一實施例中，資料流控制單元16可包含一第一計數器(計數值=M)161及一第二計數器(計數值=N)162，利用該些電路元件可調整第一控制信號S1、第二控制信號S2的高位準持續時間及同步時序，使持續進行音訊轉換處理的三角積分調變器24，得以分出一小段時間處理直流電壓訊號DS。

請再參考圖2，於一實施例中，音訊處理系統10可包含耦接於類比多工器12的一可程式化增益放大器34，且輸入類比多工器12的聲音訊號AS為經由可程式化增益放大器34放大的一組差動輸入訊號。當然聲音訊號AS不限定為圖2所示同時由輸入端IN1及IN2輸入之差動輸入訊號，亦可為僅具有單一輸入端IN1或IN2，且由單一輸入端IN1或IN2輸入的一單端輸入訊號。再者，數位音訊濾波器26可包含一低通濾波器(low-pass filter)以濾除該數位音碼資料的高頻雜訊。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。

10．．．音訊處理系統

12．．．類比多工器

121．．．第一輸入端

122．．．第二輸入端

123．．．輸出端

14．．．音訊三角積分類比數位轉換器

16．．．資料流控制單元

161．．．第一計數器

162．．．第二計數器

18．．．資料切換單元

22．．．直流電壓偵測器

24．．．三角積分調變器

26．．．數位音訊濾波器

32．．．切換開關

34．．．可程式化增益放大器

100．．．錄音系統

102．．．音訊三角積分類比數位轉換器

104．．．連續近似類比數位轉換器

106．．．可程式增益放大器

108．．．三角積分器

112．．．數位音訊濾波器

IN1．．．輸入端

IN2．．．輸入端

S1．．．第一控制信號

S2．．．第二控制信號

Sout．．．類比多工器輸出信號

t1．．．第一控制信號高位準持續時間

t2．．．第一控制信號低位準持續時間

T．．．參考時脈週期

圖1為一方塊圖，顯示用於一可攜式裝置的錄音系統電路架構。

圖2為顯示依本發明一實施例之音訊處理系統的示意圖。

圖3為音訊處理系統所處理的各種訊號的波形圖。

圖4A為顯示資料流控制單元之一實施例的方塊圖，圖4B顯示資料流控制單元所處理的訊號的波形圖。

10．．．音訊處理系統

12．．．類比多工器

121．．．第一輸入端

122．．．第二輸入端

123．．．輸出端

14．．．音訊三角積分類比數位轉換器

16．．．資料流控制單元

18．．．資料切換單元

22．．．直流電壓偵測器

24．．．三角積分調變器

26．．．數位音訊濾波器

32．．．切換開關

34．．．增益放大器

AS．．．聲音訊號

DS．．．直流電壓訊號

IN1．．．輸入端

IN2．．．輸入端

S1．．．第一控制信號

S2．．．第二控制信號

Sout．．．多工器輸出信號

Claims (20)

1. 一種音訊處理系統，包含：一資料流控制單元，用以產生一第一控制信號及一第二控制信號，該第一控制信號及該第二控制信號分別具有交替變化的一高位準及一低位準；一類比多工器，耦接於該資料流控制單元且依據該第一控制信號交替輸出一直流電壓訊號及一聲音訊號；一三角積分調變器，耦接於該類比多工器以將該直流電壓訊號及該聲音訊號分別轉換為一數位電壓資料及一數位音碼資料，且該三角積分調變器依據該第二控制信號交替輸出該數位電壓資料及該數位音碼資料；一直流電壓偵測器，耦接於該三角積分調變器以接收該數位電壓資料；及一數位音訊濾波器，耦接於該三角積分調變器以接收該數位音碼資料。
2. 如申請專利範圍第1項所述之音訊處理系統，更包含一資料切換單元耦接於該三角積分調變器與該直流電壓偵測器之間、及該三角積分調變器與該數位音訊濾波器之間，且該資料切換單元依據該第二控制信號將該三角積分調變器輪流導通至該直流電壓偵測器及該數位音訊濾波器。
3. 如申請專利範圍第1項所述之音訊處理系統，其中當該第一控制信號為該高位準時，該類比多工器輸出該直流電壓訊號，且該第一控制信號為該低位準時，該類比多工器輸出該聲音訊號。
4. 如申請專利範圍第1項所述之音訊處理系統，其中當該第二控制信號為該高位準時，該三角積分調變器導通該直流電壓偵測器，且該第二控制信號為該低位準時，該三角積分調變器導通該數位音訊濾波器。
5. 如申請專利範圍第1項所述之音訊處理系統，其中該第二控制信號的每一該高位準持續時間大於或等於該第一控制信號的每一該高位準持續時間。
6. 如申請專利範圍第1項所述之音訊處理系統，其中該第一控制信號的每一該高位準前緣與該第二控制信號的每一該高位準前緣的時序同步。
7. 如申請專利範圍第1項所述之音訊處理系統，其中當該音訊處理系統的一參考時脈的週期為T時，該第一控制信號的每一該高位準的持續時間t1符合如下關係式：t1=N×T；其中N為正整數且1≦N＜32。
8. 如申請專利範圍第1項所述之音訊處理系統，其中當該音訊處理系統的一參考時脈的週期為T時，該第一控制信號的週期t2符合如下關係式：t2=M×T；其中M為正整數且M≧250。
9. 如申請專利範圍第1項所述之音訊處理系統，其中該數位音訊濾波器包含一低通濾波器(low-pass filter)以濾除該數位音碼資料的高頻雜訊。
10. 如申請專利範圍第1項所述之音訊處理系統，更包含一可程式化增益放大器耦接於該類比多工器，且該聲音訊號為經由該可程式化增益放大器放大的一組差動輸入訊號或一單端輸入訊號。
11. 如申請專利範圍第1項所述之音訊處理系統，其中該直流電壓訊號為該音訊處理系統的一電池電壓量測值、一溫度量測值或者一加速度量測值。
12. 一種音訊處理方法，包含如下步驟：利用一第一控制信號使一第一輸出單元交替輸出一直流電壓訊號及一聲音訊號，其中該第一控制信號具有交替變化的一高位準及一低位準；將該第一輸出單元輸出之該直流電壓訊號及該聲音訊號分別轉換為一數位電壓資料及一數位音碼資料；及利用一第二控制信號使一第二輸出單元輪流將該數位電壓資料輸出至一直流電壓偵測裝置、及將該數位音碼資料輸出至一數位音訊濾波器，其中該第二控制信號具有交替變化的一高位準及一低位準；其中該第二控制信號的每一該高位準持續時間大於或等於該第一控制信號的每一該高位準持續時間，該第一控制信號的每一該高位準前緣與該第二控制信號的每一該高位準前緣的時序同步，且該第一控制信號的每一該高位準持續時間符合如下關係式：t1=N×T；其中T為一系統參考時脈的週期，N為正整數且1≦N＜32。
13. 如申請專利範圍第12項所述之音訊處理方法，其中該系統參考時脈的頻率介於1.536MHZ與24.576MHZ之間。
14. 如申請專利範圍第12項所述之音訊處理方法，其中該第一控制信號的週期t2符合如下關係式：t2=M×T；其中T為該系統參考時脈的週期，M為正整數且M≧250。
15. 如申請專利範圍第12項所述之音訊處理方法，其中該直流電壓訊號為一電池電壓量測值、一溫度量測值或者一加速度量測值。
16. 一種音訊處理方法，用以在一音訊處理系統進行錄音時同時量測該音訊處理系統的電池電壓，該方法包含如下步驟：利用一第一控制信號使一類比多工器交替輸出一直流電壓訊號及一聲音訊號，其中該第一控制信號具有交替變化的一高位準及一低位準，當該第一控制信號為高位準時，該類比多工器輸出該直流電壓訊號，且當該第一控制信號為低位準時，該類比多工器輸出該聲音訊號；利用一三角積分調變器將該類比多工器輸出之該直流電壓訊號及該聲音訊號分別轉換為一數位電壓資料及一數位音碼資料；及利用一第二控制信號使該三角積分調變器交替輸出該數位電壓資料及該數位音碼資料，其中該第二控制信號具有交替變化的一高位準及一低位準，當該第二控制信號為該高位準時，該三角積分調變器將該數位電壓資料輸出至一直流電壓偵測器，且當該第二控制信號為該低位準時，該三角積分調變器將該數位音碼資料輸出至一數位音訊濾波器，且其中該第二控制信號的每一該高位準持續時間大於或等於該第一控制信號的每一該高位準持續時間。
17. 如申請專利範圍第16項所述之音訊處理方法，其中該第一控制信號的每一該高位準前緣與該第二控制信號的每一該高位準前緣的時序同步。
18. 如申請專利範圍第16項所述之音訊處理方法，其中該第一控制信號的每一該高位準持續時間符合如下關係式：t1=N×T；其中T為該音訊處理系統的一參考時脈的週期，N為正整數且1≦N＜32。
19. 如申請專利範圍第16項所述之音訊處理方法，其中該第一控制信號的每一該低位準的持續時間t2符合如下關係式：t2=M×T；其中T為該音訊處理系統的一參考時脈的週期，M為正整數且M≧250。
20. 如申請專利範圍第16項所述之音訊處理方法，其中該音訊處理系統的一參考時脈的頻率介於1.536MHz與24.576MHz之間。