TWI466105B - 音頻系統及音頻處理方法 - Google Patents

Description

音頻系統及音頻處理方法

本發明是有關於一種音頻系統及音頻處理方法，且特別是有關於一種整合音頻元件特性的音頻系統及音頻處理方法。

由於美國蘋果(Apple)公司所引領的手持平板裝置造成廣大消費者的喜愛，許多國際級的個人電腦、智慧型手機大廠相繼投入與模仿，其中處理器與系統晶片廠如英特爾(Intel)、高通(Qualcomm)、輝達(Nvidia)、德州儀器(TI)與超微(AMD)等公司相繼開發出雙核心與四核心的中央運算單元(Central Processing Unit，CPU)。然而，這些中央運算單元所提供的音頻系統整合均無法針對語音信號處理、回音抑制、抗噪處理、音效處理與語音辨識等應用提供最佳化的設計。

在手持行動裝置中，非蘋果陣營的平板電腦因為無法開發整合型中央運算單元與週邊元件，因此造成裝置內部空間受到電子零件與機構件佈局的影響，整體音頻系統的特性包括揚聲器系統與麥克風系統的性能常常被忽略，而造成消費者的抱怨。

舉例來說，圖1及圖2繪示習知音頻系統的架構圖。請參照圖1，習知的音頻系統10係在中央運算單元11與數位訊號處理器(Digital Signal Processor，DSP)12之間配置編碼解碼器(coder-decoder，CODEC)13，其中數位訊號處理器12係連接麥克風14、15，而編碼解碼器13則連接喇叭16。此系統架構只能提供通話時的傳輸需求，無法提供播放音樂或錄音時的訊號處理。請參照圖2，另一種習知的音頻系統20則是採用一顆包含數位訊號處理功能的編碼解碼器22來輔助中央運算單元21處理音頻訊號，其中編碼解碼器22係連接麥克風23、24及喇叭25。然而，此系統架構需要耗費相當多的研發人力開發音頻處理功能，相對的也增加了裝置的開發成本。

有鑑於此，本發明提出一種音頻系統及音頻處理方法，可整合音頻系統中音頻元件的特性以處理音頻訊號。

本發明提出一種音頻系統，其包括中央處理單元、數位訊號處理器及編碼解碼器。其中，數位訊號處理器係連接中央處理單元，用以輔助中央處理單元處理音頻訊號。編碼解碼器係連接數位訊號處理器，用以輔助中央處理單元處理聲音檔案的編碼及解碼。數位訊號處理器係接收中央處理單元輸出的訊號處理需求，據以導通中央處理單元與編碼解碼器之間的資料傳輸通道。

在本發明之一實施例中，上述的音頻系統更包括開關。此開關係分別連接中央處理單元、編碼解碼器及該數位訊號處理器，用以接收數位訊號處理器輸出的切換訊號，據以導通中央處理單元與編碼解碼器之間的資料傳輸通道，其中所述的切換訊號是數位訊號處理器根據中央處理單元輸出的訊號處理需求所產生。

在本發明之一實施例中，上述的中央處理單元包括在接收到開機訊號時，輸出訊號處理需求以導通資料傳輸通道，並透過資料傳輸通道請求編碼解碼器處理並輸出開機提示聲音。

在本發明之一實施例中，上述的編碼解碼器包括經由數位訊號處理器的處理，連接麥克風模組以接收聲音訊號，或者經由數位訊號處理器的處理，連接喇叭模組或耳機以輸出聲音訊號。

在本發明之一實施例中，上述的數位訊號處理器是在中央處理單元執行通話功能時，根據訊號處理需求調整其用以處理音頻訊號的至少一項參數，而實現音頻處理功能。所述的音頻處理功能包括麥克風音量、麥克風頻率響應、麥克風抗噪能力、喇叭音量、語音辨識或回音抑制。

在本發明之一實施例中，上述的數位訊號處理器是在中央處理單元執行錄音功能或錄影功能時，根據訊號處理需求，使用一聲音場景設定調整其用以數位訊號處理器處理音頻訊號的至少一項參數，而實現聲音場景的最佳化。

在本發明之一實施例中，上述的數位訊號處理器是在中央處理單元執行聲音檔案的播放功能時，根據訊號處理需求，進入直接通過模式，而將聲音檔案由中央處理單元直接傳送到編碼解碼器以進行解碼。

本發明提出一種音頻處理方法，適用於音頻系統，此音頻系統包括中央處理單元、連接中央處理單元的數位訊號處理器、連接數位訊號處理器的編碼解碼器以及分別連接中央處理單元與編碼解碼器的開關。此方法係由中央處理單元執行音頻處理功能，而產生訊號處理需求。接著，由數位訊號處理器根據訊號處理需求，調整其用以處理音頻訊號的至少一項參數而處理音頻訊號。此外，數位訊號處理器還根據訊號處理需求，導通中央處理單元與編碼解碼器之間的資料傳輸通道，使得中央處理單元透過資料傳輸通道請求編碼解碼器處理聲音檔案的編碼及解碼。

在本發明之一實施例中，上述的音頻系統更包括分別與中央處理單元、編碼解碼器與數位訊號處理器連接的開關，而上述數位訊號處理器根據訊號處理需求，導通資料傳輸通道，使得中央處理單元透過資料傳輸通道請求編碼解碼器處理聲音檔案的編碼及解碼的步驟包括由數位訊號處理器根據訊號處理需求，輸出切換訊號至上述開關，以導通中央處理單元與編碼解碼器之間的資料傳輸通道，使得中央處理單元透過資料傳輸通道請求編碼解碼器處理聲音檔案的編碼及解碼。

在本發明之一實施例中，上述數位訊號處理器根據訊號處理需求，導通中央處理單元與編碼解碼器之間的資料傳輸通道，使得中央處理單元透過資料傳輸通道請求編碼解碼器處理聲音檔案的編碼及解碼的步驟包括由數位訊號處理器根據訊號處理需求導通資料傳輸通道，使得中央處理單元透過資料傳輸通道請求編碼解碼器處理並輸出開機提示聲音，其中所述的訊號處理需求是中央處理單元接收到開機訊號時所產生。

在本發明之一實施例中，上述數位訊號處理器根據訊號處理需求，調整用以處理音頻訊號的參數而處理音頻訊號的步驟包括由數位訊號處理器根據訊號處理需求，調整其用以處理音頻訊號的參數，而實現音頻處理功能，其中所述的訊號處理需求是中央處理單元在執行通話功能時所產生，而所述的音頻處理功能包括麥克風音量、麥克風頻率響應、麥克風抗噪能力、喇叭音量、語音辨識或回音抑制。

在本發明之一實施例中，上述數位訊號處理器根據訊號處理需求，調整用以處理音頻訊號的參數而處理音頻訊號的步驟包括數位訊號處理器根據訊號處理需求，使用一聲音場景設定調整其處理音頻訊號的參數，而實現聲音場景的最佳化，其中所述的訊號處理需求是中央處理單元在執行錄音功能或錄影功能時所產生。

在本發明之一實施例中，上述數位訊號處理器根據訊號處理需求，調整用以處理音頻訊號的參數而處理音頻訊號的步驟包括由數位訊號處理器根據訊號處理需求，進入一直接通過模式，而將聲音檔案由中央處理單元直接傳送到編碼解碼器以進行解碼，其中所述的訊號處理需求是中央處理單元在執行聲音檔案的播放功能時所產生。

基於上述，本發明之音頻系統及音頻處理方法採用將數位訊號處理器配置在中央處理單元與編碼解碼器之間的架構，並在中央處理單元與編碼解碼器之間配置開關，而能夠根據中央處理單元執行音頻處理功能的需求，在必要時切換開關以直接導通中央處理單元與編碼解碼器之間的資料傳輸通道而傳輸資料，從而達到改善音頻系統之音頻處理效能的目的。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

本發明提出一套音頻元件的系統整合概念，將中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)、數位訊號處理器(Digital Signal Processor，DSP)、編碼解碼器(coder-decoder，CODEC)、功率放大器、麥克風、喇叭等音頻元件以系統最佳化的架構設置，從而滿足所有的音頻應用。

圖3是依照本發明一實施例所繪示之音頻系統的方塊圖。請參照圖3，本實施例的音頻系統30例如是配置在手持行動裝置中以提供音頻處理功能，其中包括中央處理單元31、數位訊號處理器32及編碼解碼器33，其功能分述如下：

中央處理單元31係做為手持行動裝置的運算核心，用以控制手持行動裝置的整體運作，而執行通話、錄音、錄影、資料處理、多媒體播放等多樣化的功能。

數位訊號處理器32例如是透過內部整合電路(Inter-Integrated Circuit，I2C)介面連接中央處理單元31，用以輔助中央處理單元31處理語音通訊中的音頻訊號。

編碼解碼器33例如也是透過I2C介面連接數位訊號處理器32，而經由數位訊號處理器32的連結，接收中央處理單元31的指令，以輔助中央處理單元31處理聲音檔案的編碼及解碼。其中，編碼解碼器33可經由數位訊號處理器32的處理，連接至麥克風34等音頻輸入裝置，而可透過麥克風34接收類比的聲音訊號，並轉換為脈波碼調變(Pulse Code Modulation，PCM)資料以提供給中央處理單元31。此外，編碼解碼器33還可經由數位訊號處理器32的處理，連接至喇叭35、耳機36等音頻輸出裝置，而將中央處理單元31輸出的檔案轉換為類比的聲音訊號，並透過喇叭35或耳機36輸出。

需說明的是，中央處理單元31在執行音頻處理功能時，即會產生訊號處理需求並輸出至數位訊號處理器32，而數位訊號處理器32在接收到訊號處理需求時，則可根據此訊號處理需求，將中央處理單元31與編碼解碼器33之間的資料傳輸通道導通，使得中央處理單元31可透過此資料傳輸通道請求編碼解碼器33處理聲音檔案的編碼及解碼。

藉由上述架構，數位訊號處理器32即可根據中央處理單元31執行音頻處理功能的需求，選擇由本身來處理音頻訊號或是改以編碼解碼器33處理聲音檔案的編碼及解碼，從而達到音頻處理的最佳化。以下則再舉一實施例詳細說明。

圖4是依照本發明一實施例所繪示之音頻處理方法的流程圖。請參照圖4，本實施例的音頻處理方法適用於圖3的音頻系統30，以下即搭配圖3中的各項元件說明音頻處理方法的詳細步驟：

首先，由中央處理單元31執行音頻處理功能，而產生訊號處理需求(步驟S402)。所述的音頻處理功能包括麥克風音量、麥克風頻率響應、麥克風抗噪能力、喇叭音量、語音辨識或回音抑制，在此不設限。

其中，當中央處理單元31所執行音頻處理功能需要處理音頻訊號時，數位訊號處理器32即可根據中央處理單元31輸出的訊號處理需求，調整其用以處理音頻訊號的至少一項參數並使用此參數處理音頻訊號(步驟S404)。

此外，當中央處理單元31所執行音頻處理功能需要處理聲音檔案的編碼及解碼時，數位訊號處理器32則可根據中央處理單元31輸出的訊號處理需求，將中央處理單元31與編碼解碼器33之間的資料傳輸通道導通，使得中央處理單元31可透過此資料傳輸通道請求編碼解碼器33處理聲音檔案的編碼及解碼(步驟S406)。

藉由上述方法，系統業者即可將中央處理單元、數位訊號處理器、編碼解碼器等音頻元件整合，而以最佳化的系統架構去滿足所有的音頻應用。此外，系統業者在開發系統時，也只需要針對數位訊號處理器做改良，從而節省系統開發的成本。

需說明的是，除了上述由數位訊號處理器選擇自己處理音頻訊號，或是選擇將資料傳輸通道導通以供中央處理單元直接請求編碼解碼器處理聲音檔案的編碼及解碼的方式之外，本發明還可在數位訊號處理器之外額外配置一個獨立的開關，藉由數位訊號處理器的控制，從而實現上述的音頻處理功能。以下則再舉一實施例詳細說明。

圖5是依照本發明一實施例所繪示之音頻系統的方塊圖。請參照圖5，本實施例的音頻系統50例如是配置在手持行動裝置中以提供音頻處理功能，其中包括中央處理單元51、數位訊號處理器52、編碼解碼器53及開關54，而編碼解碼器53更經由數位訊號處理器52的處理，連接至麥克風55、喇叭56及耳機57。其中，中央處理單元51、數位訊號處理器52、編碼解碼器53、麥克風55、喇叭56與耳機57的功能與前述實施例中的中央處理單元31、數位訊號處理器32、編碼解碼器33、麥克風34、喇叭35與耳機36相同或相似，故在此不再贅述。

與前述實施例不同的是，本實施例係在中央處理單元51與編碼解碼器53之間配置一個獨立的開關54，此開關54例如是透過I2C介面分別連接中央處理單元51與編碼解碼器53，開關54的控制端例如連接至數位訊號處理器52，而可藉由數位訊號處理器52的控制，將中央處理單元31與編碼解碼器53之間的資料傳輸通道導通，以傳輸資料。其中，數位訊號處理器52例如是根據中央處理單元51輸出的訊號處理需求，判斷是否要導通資料傳輸通道，並在確定要導通資料傳輸通道時，輸出切換訊號至開關54的控制端，藉以導通中央處理單元51與編碼解碼器53之間的資料傳輸通道，使得中央處理單元51可透過此資料傳輸通道直接請求編碼解碼器53處理聲音檔案的編碼及解碼。

綜上所述，本發明的音頻處理方法可依據音頻系統40中各項音頻元件的特性，整合最佳化的系統架構，從而滿足各種音頻需求。而針對不同的音頻需求，本發明亦提供相對應的處理方式。以下則再舉一實施例詳細說明。

圖6是依照本發明一實施例所繪示之音頻處理方法的流程圖。請參照圖6，本實施例的音頻處理方法適用於圖3的音頻系統30，以下即搭配圖3中的各項元件說明音頻處理方法的詳細步驟：

首先，由中央處理單元31執行音頻處理功能，而產生訊號處理需求(步驟S602)。在本實施例中，中央處理單元31執行的音頻處理功能包括通話功能、錄音功能或錄影功能、聲音檔案的播放功能以及開機功能。

其中，當中央處理單元31在執行通話功能時，例如會在訊號處理需求中加入音頻元件的調整參數，而數位訊號處理器32即會根據此訊號處理需求調整用以處理音頻訊號的參數(步驟S604)，而執行麥克風音量、麥克風頻率響應、麥克風抗噪能力、喇叭音量、語音辨識或回音抑制等音頻處理功能(步驟S506)。

當中央處理單元31在執行錄音功能或錄影功能時，例如會在訊號處理需求中加入聲音場景的種類，而數位訊號處理器32即會根據此訊號處理需求使用預設的或使用者手動選擇的聲音場景設定，調整用以處理音頻訊號的參數(步驟S508)，並執行音頻處理功能，從而實現聲音場景的最佳化(步驟S510)。

當中央處理單元31在執行聲音檔案的播放功能時，例如會在訊號處理需求中加入聲音檔案，而數位訊號處理器32即會根據此訊號處理需求進入直接通過(pass through)模式，而將中央處理單元31與編碼解碼器33之間的資料傳輸通道導通(步驟S512)，使得中央處理單元31可藉由此資料傳輸通道將聲音檔案直接傳送到編碼解碼器33以進行解碼(步驟S514)。

當中央處理單元31接收到開機訊號時，例如會在訊號處理需求中加入開機提示指令，而數位訊號處理器32即會根據此訊號處理需求將中央處理單元31與編碼解碼器33之間的資料傳輸通道導通(步驟S516)，使得中央處理單元31可透過此資料傳輸通道請求編碼解碼器33處理並輸出開機提示聲音(步驟S518)。

綜上所述，本發明提供了一套整合音頻元件特性的音頻系統及音頻處理方法，其可針對中央處理單元執行音頻處理功能時的需求，提供中央處理單元選擇使用數位訊號處理器來處理音頻訊號或是使用編碼解碼器來處理聲音檔案的編碼及解碼，從而提升音頻系統的性能表現，且可減少音頻系統的開發成本。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故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、20、30．．．音頻系統

11、21、31．．．中央運算單元

12、32、32．．．數位訊號處理器

13、22、33．．．編碼解碼器

14、15、23、24、34、55．．．麥克風

16、25、35、56．．．喇叭

36、57．．．耳機

54．．．開關

S402~S406．．．本發明一實施例之音頻處理方法的步驟

S602~S618．．．本發明一實施例之音頻處理方法的步驟

圖1繪示習知音頻系統的架構圖。

圖2繪示習知音頻系統的架構圖。

圖3是依照本發明一實施例所繪示之音頻系統的方塊圖。

圖4是依照本發明一實施例所繪示之音頻處理方法的流程圖。

圖5是依照本發明一實施例所繪示之音頻系統的方塊圖。

圖6是依照本發明一實施例所繪示之音頻處理方法的流程圖。

30．．．音頻系統

31．．．中央運算單元

32．．．數位訊號處理器

33．．．編碼解碼器

34．．．麥克風

35．．．喇叭

36．．．耳機

Claims (10)

1. 一種音頻系統，包括：一中央處理單元；一數位訊號處理器，連接該中央處理單元，輔助該中央處理單元處理一音頻訊號；一編碼解碼器，連接該數位訊號處理器，輔助該中央處理單元處理一聲音檔案的編碼及解碼，其中該數位訊號處理器接收該中央處理單元輸出的一訊號處理需求，據以導通該中央處理單元與該編碼解碼器之間的一資料傳輸通道，其中該中央處理單元透過該資料傳輸通道請求該編碼解碼器處理該聲音檔案的編碼及解碼。
2. 如申請專利範圍第1項所述之音頻系統，更包括：一開關，分別連接該中央處理單元、該編碼解碼器及該數位訊號處理器，接收該數位訊號處理器輸出的一切換訊號，據以導通該中央處理單元與該編碼解碼器之間的該資料傳輸通道，其中該切換訊號是該數位訊號處理器根據該中央處理單元輸出的該訊號處理需求所產生。
3. 如申請專利範圍第1項所述之音頻系統，其中該中央處理單元包括在接收到一開機訊號時，輸出該訊號處理需求以導通該資料傳輸通道，並透過該資料傳輸通道請求該編碼解碼器處理並輸出一開機提示聲音。
4. 如申請專利範圍第1項所述之音頻系統，其中該數位訊號處理器包括在該中央處理單元執行一通話功能時， 調整其用以處理該音頻訊號的至少一參數，而實現一音頻處理功能。
5. 如申請專利範圍第1項所述之音頻系統，其中該數位訊號處理器包括在該中央處理單元執行該聲音檔案的播放功能時，進入一直接通過模式，而將該聲音檔案由該中央處理單元直接傳送到該編碼解碼器以進行解碼。
6. 一種音頻處理方法，適用於一音頻系統，該音頻系統包括一中央處理單元、連接該中央處理單元的一數位訊號處理器、連接該數位訊號處理器的一編碼解碼器以及分別連接該中央處理單元與該編碼解碼器的一開關，該方法包括下列步驟：該中央處理單元執行一音頻處理功能，而產生一訊號處理需求；該數位訊號處理器根據該訊號處理需求，調整用以處理一音頻訊號的至少一參數而處理該音頻訊號；以及該數位訊號處理器根據該訊號處理需求，導通該中央處理單元與該編碼解碼器之間的一資料傳輸通道，使得該中央處理單元透過該資料傳輸通道請求該編碼解碼器處理一聲音檔案的編碼及解碼。
7. 如申請專利範圍第6項所述之音頻處理方法，其中該音頻系統更包括分別與該中央處理單元、該編碼解碼器與該數位訊號處理器連接的一開關，而該數位訊號處理器根據該訊號處理需求，導通該中央處理單元與該編碼解碼器之間的該資料傳輸通道，使得該中央處理單元透過該資 料傳輸通道請求該編碼解碼器處理該聲音檔案的編碼及解碼的步驟包括：該數位訊號處理器根據該訊號處理需求，輸出一切換訊號至該開關，以導通該中央處理單元與該編碼解碼器之間的該資料傳輸通道，使得該中央處理單元透過該資料傳輸通道請求該編碼解碼器處理該聲音檔案的編碼及解碼。
8. 如申請專利範圍第6項所述之音頻處理方法，其中該數位訊號處理器根據該訊號處理需求，導通該中央處理單元與該編碼解碼器之間的該資料傳輸通道，使得該中央處理單元透過該資料傳輸通道請求該編碼解碼器處理一聲音檔案的編碼及解碼的步驟包括：該數位訊號處理器根據該訊號處理需求，導通該資料傳輸通道，使得該中央處理單元透過該資料傳輸通道請求該編碼解碼器處理並輸出一開機提示聲音，其中該訊號處理需求是該中央處理單元接收到一開機訊號時所產生。
9. 如申請專利範圍第6項所述之音頻處理方法，其中該數位訊號處理器根據該訊號處理需求，調整用以處理該音頻訊號的該至少一參數而處理該音頻訊號的步驟包括：該數位訊號處理器根據該訊號處理需求，調整其用以處理該音頻訊號的該至少一參數，而實現一音頻處理功能，其中該訊號處理需求是該中央處理單元在執行一通話功能時所產生。
10. 如申請專利範圍第6項所述之音頻處理方法，其中該數位訊號處理器根據該訊號處理需求，調整用以處理 該音頻訊號的該至少一參數而處理該音頻訊號的步驟包括：該數位訊號處理器根據該訊號處理需求，進入一直接通過模式，而將該聲音檔案由該中央處理單元直接傳送到該編碼解碼器以進行解碼，其中該訊號處理需求是該中央處理單元在執行該聲音檔案的播放功能時所產生。