TWI756593B - 音訊資料處理電路及音訊資料處理方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種音訊資料處理電路及音訊資料處理方法。該音訊資料處理電路包含一字元選擇接口、一時脈訊號接口以及一音訊資料接口。該字元選擇接口用來接收一字元選擇訊號。該時脈訊號接口用來接收一時脈訊號，並根據該時脈訊號在該字元選擇訊號的一個週期中的時脈數量，產生一音訊資料接口訊號。該音訊資料接口用來將該音訊資料通過一第一傳輸協定或一第二傳輸協定傳送至一處理單元。

Description

音訊資料處理電路及音訊資料處理方法

本發明係關於一種音訊資料處理電路及音訊資料處理方法，尤指一種可快速偵測音訊傳輸介面的音訊資料處理電路及音訊資料處理方法。

在目前市面上有多種數位麥克風(DMIC,Digital Microphone)的音訊傳輸介面，常用的音訊傳輸介面包含晶片間音訊傳輸(I2S,Inter-IC Sound)以及分時多工(Time Division Multiplexing)等其他DMIC音訊傳輸介面。

參考第1圖，第1圖所示為I2S音訊晶片腳位示意圖。I2S音訊晶片12具有序列時脈(Serial Clock,SCK)腳位、字元選擇(Word Select,WS)腳位、LR(Left Right)腳位、序列資料(Serial Data)腳位以及高電位VDD與低電位GND。I2S音訊傳輸協定由兩個晶片將音訊資料分為左聲道與右聲道兩組資料以序列的方式傳輸，接著由SCK腳位連接位元時脈線(Bit Clock Line)來接收時鐘訊號，再由WS腳位接收訊號以分辨音訊頻道為左頻道(Left Channel)或右頻道(Right Channel)，而LR腳位則是用來選擇晶片所處理的是左聲道或右聲道的音訊資料，LR腳位接地GND即為左聲道，LR腳位接高電位VDD即為右聲道。由於WS腳位可以分辯晶片所傳輸的是左聲道或右聲道的序列，音訊資料可以直接通過 晶片SD(Serial Data)腳位傳送到處理單元，不需額外的音訊解碼器來解讀所傳輸的資料。

請參考第2圖，第2圖所示為TDM音訊晶片腳位示意圖。TDM音訊晶片14具有序列時脈(Serial Clock,SCK)腳位、字元選擇(Word Select,WS)腳位、CONFIG(Configure)腳位、序列資料(Serial Data)腳位以及高電位VDD與低電位GND。TDM音訊傳輸協定同樣需要SCK、WS、LR與SD腳位，此外，由於TDM晶片可以串聯以增加聲道數量，因此尚需一額外的WSO位，來將本級晶片的WS訊號通過WSO腳位傳送到下一級晶片的WS腳位，TDM晶片最多可通過菊鏈拓撲(Daisy Chain Topology)串聯16個晶片，意即利用TDM音訊傳輸協定最多可同時傳輸16個頻道的音訊資料。

I2S傳輸協定具有不需音訊解碼器的優點，然而同時只能傳輸兩聲道的音訊資料。TDM傳輸協定可以依需求串聯1至16個晶片，然而所需的腳位較多。因此，在各種傳輸協定各具有優缺點的情況下，數位麥克風通常具有可以同時傳輸這兩種協定的介面，因此數位麥克風的音訊處理模組需要先判別所接收的音訊資料使用何種傳輸協定，接著需要判別音訊資料的位元深度(bit depth)以及在I2S傳輸協定中的頻道數量，才能進行音訊資料處理，然而在判定位元深度及頻道數量時，所需的時間過長，造成音訊處理速度過慢。

故，有必要提供一種音訊資料處理電路及音訊資料處理方法，可以快速偵測所傳輸的音訊資料協定介面，以加速音訊資料的處理速度。

本發明提供一種音訊資料處理電路用來處理一音訊料，該音訊資料處理電路包含一字元選擇接口、一時脈訊號接口以及一音訊資料接口。該字元選擇接口用來接收一字元選擇訊號。該時脈訊號接口用來接收一時脈訊號，並根據該時脈訊號在該字元選擇訊號的一個週期中的時脈數量，產生一音訊資料接口訊號。該音訊資料接口用來將該音訊資料通過一第一傳輸協定或一第二傳輸協定傳送至一處理單元。

較佳地，該音訊資料處理電路包含一計數器、一第一邏輯單元以及一第二邏輯單元。該計數器用來計算該時脈訊號的時脈數量。該第一邏輯單元用來根據限字元選擇訊號以及一聲道選擇訊號產生該音訊資料接口訊號。該第二邏輯單元用來計算在該字元選擇訊號一個週期中，該時脈訊號的時脈數量。

較佳地，該音訊資料的位元深度為32bit。

較佳地，該第一傳輸協定為晶片間音訊傳輸協定，該第二傳輸協定為分時多工傳輸協定。

較佳地，若該字元選擇訊號一個週期中的時脈數量超過64個時脈訊號時，該音訊資料通過第二傳輸協定傳送至該處理單元。

本發明另提供一種音訊資料處理方法包含步驟一到步驟四。步驟一：偵測一音訊資料中的一字元選擇訊號。步驟二：判斷該字元選擇訊號週期是否為64個時脈，若是則執行步驟三，若否則執行步驟四。步驟三：將該音訊資料通過一第一傳輸協定傳送到該處理單元。步驟四：將該音訊資料通過一第二傳輸協定傳送到該處理單元。

較佳地，該音訊資料的位元深度為32bit。

較佳地，該步驟二包含利用該處理單元中的一計數器計算該字元選擇訊號一個週期中一時脈訊號的時脈數量，判斷該字元選擇訊號的週期是否為64個時脈。

較佳地，該步驟二包含：利用該處理單元中的一第一邏輯單元根據一聲道選擇訊號以及該字元選擇訊號產生一音訊資料接口訊號，該音訊資料根據該接口訊號通過該第一傳輸協定或該第二傳輸協定傳送至該處理單元。

較佳地，該步驟二包含利用該處理單元中的一第二邏輯單元根據該字元選擇訊號的週期判斷該音訊資料的頻道數量。

利用 本發明的音訊處理模組及音訊處理方法，可以利用簡單的電路處理利用I2S及TDM兩種傳輸協定所接收的音訊資料，並快速判斷該音訊資料的傳輸協定介面及頻道數量，以將該音訊資料傳輸至對應的音訊晶片處理該音訊資料。

12、32、34:I2S音訊晶片

14、52、54、58:TDM音訊晶片

10:音訊資料處理電路

102:聲道選擇接口

104:時脈訊號接口

106:音訊資料接口

108:字元選擇接口

112:計數器

122:第一邏輯單元

124:第二邏輯單元

110:字元選擇輸出接口

20:處理單元

S100-S112:步驟

S202-S210:步驟

第1圖所示為I2S音訊晶片腳位示意圖。

第2圖所示為TDM音訊晶片腳位示意圖。

第3圖所示為I2S傳輸電路示意圖。

第4圖所示為第3圖所示I2S傳輸電路的訊號時序圖

第5圖所示為TDM傳輸電路示意圖。

第6圖所示為第5圖所示TDM傳輸電路的訊號時序圖。

第7圖所示為具有多個TDM音訊晶片的TDM傳輸電路訊號時序圖。

第8圖所示為本發明音訊資料處理電路示意圖。

第9圖所示為本發明音訊資料處理方法流程圖。

為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。再者，本發明所提到的方向用語，例如上、下、頂、底、前、後、左、右、內、外、側面、周圍、中央、水平、橫向、垂直、縱向、軸向、徑向、最上層或最下層等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。

請參照第3圖之I2S傳輸電路示意圖，如圖3所示，I2S傳輸電路具有處理單元20以及兩個I2S音訊晶片32、34，處理單元20具有時脈訊號接口104、音訊資料接口106以及字元選擇接口108，時脈訊號接口104傳輸時脈訊號至I2S音訊晶片32、34。在本發明的實施例中，I2S音訊晶片32的LR腳位連接低電位，I2S音訊晶片34的LR腳位連接高電位，因此I2S音訊晶片32與34分別處理左聲道及右聲道的音訊資料。

請一併參考第4圖，係為本發明第3圖中I2S傳輸電路的訊號時序圖，I2S傳輸電路包括兩個I2S音訊晶片32、34及處理單元20。處理單元20的時脈訊號接口104以及字元選擇接口108分別傳送時脈訊號SCK與字元選擇訊號WS至I2S音訊晶片32、34，I2S音訊晶片32與34的分別輸出時序資料SD(LR=0)及時序資料SD(LR=1)，其中時序資料的起始與結束分別為最高有效單位(Most Significant Bit,MSB)與最低有效單位(Least Significant Bit,LSB)。字元選擇訊號WS決定接左聲道或右聲道的音訊資料。如第5圖所示，字元選擇訊號WS在前32個時脈期間為低電位，此時LR腳位連接低電位的I2S音訊晶片32輸出有效單位。 而字元選擇訊號WS在接下來的32個時脈期間為高電位，此時LR腳位連接高電位的I2S音訊晶片34輸出有效單位。因此，處理單元20的音訊資料接口106在前32時脈期間接收到左聲道的音訊資料，在第33-64的時脈期間接收到右聲道的音訊資料。

第5圖為TDM傳輸電路示意圖。TDM傳輸電路具有處理單元20以及TDM音訊晶片52、54及58。本實施例以TDM傳輸電路具有3個TDM音訊晶片為例，值得注意的是，TDM可以通過本級的WSO腳位傳輸字元選擇訊號WS至下一級的WS腳位，因此TDM傳輸電路可以依據音訊聲道的需求來調整TDM音訊晶片的數量。在TDM傳輸電路中，處理單元20同樣具有時脈訊號接口104、音訊資料接口106以及字元選擇接口108，處理單元20的時脈訊號接口104傳輸時脈訊號至TDM音訊晶片52、54、58的SCK腳位，處理單元20傳送字元選擇訊號WS至TDM音訊晶片52的WS腳位，TDM音訊晶片52通過WSO腳位將字元選擇訊號WS傳輸至下一級的TDM音訊晶片54的WS腳位，TDM音訊晶片54再通過WSO腳位將字元選擇訊號WS傳輸至下一級的TDM音訊晶片58的WS腳位。以此類推，當TDM傳輸電路具有超過三個TDM音訊晶片時，TDM音訊晶片的WS腳位接收上一級的WSO腳位所傳送的字元選擇訊號WS。

第6圖為第5圖中TDM傳輸電路的訊號時序圖，處理單元20輸出字元選擇訊號WS及時脈訊號SCK，TDM音訊晶片52的SD腳位輸出音訊資料SD1，TDM音訊晶片52的WSO腳位傳送字元選擇輸出訊號WSO1至TDM音訊晶片54的WS腳位，TDM音訊晶片54的SD腳位輸出音訊資料SD2，TDM音訊晶片54的WSO腳位傳送字元選擇輸出訊號WSO2至TDM音訊晶片58的WS腳位，TDM 音訊晶片54的SD腳位輸出音訊資料SD3。因此處理單元20的音訊資料接口106所接收的訊號為音訊資料SD_out。

第7圖為TDM傳輸電路具有n個TDM音訊晶片時的訊號時序示意圖。其中，當n=1或2時，時脈週期(clock cycle)為64，若n=1，WS(2)不會產生高電位，因此Data 02沒有訊號輸出。當n=3或n=4時，時脈週期(clock cycle)為128，若n=3，WS(4)不會產生高電位，因此Data 04沒有訊號輸出。當n=5-8時，時脈週期(clock cycle)為256，若n≠8時，WS(n+1)不會產生高電位，因此Data(n+1)沒有訊號輸出。以此類推當n=介於9與16之間時，時脈週期(clock cycle)為512，在剩餘的時脈期間不WS(n+1)不會產生高電位，因此Data(n+1)沒有訊號輸出。因此第7圖所示的TDM傳輸電路的訊號時序示意圖僅是一範圍，任何具有本領域通知知識者，可以由TDM的傳輸原理而組成具有不同數量的TDM音訊晶片的TDM傳輸電路，均是本發明之範疇。

第8圖為本發明音訊資料處理電路10示意圖，在本發明的音訊資料處理電路10中包含計數器112、第一邏輯單元122以及第二邏輯單元124，音訊資料處理電路10自聲道選擇接口102、時脈訊號接口104以及字元選擇接口108接收音訊資料，音訊資料處理電路10通過音訊資料接口106將音訊資料傳送至處理單元20。本發明特點在於，處理單元20可以依照需求將音訊資料處理電路10設定為I2S傳輸介面或是TDM傳輸介面，音訊資料處理電路10將所接收的音訊資料解碼後傳送至處理單元20。

在本發明的音訊資料處理電路10中，計數器112用來計算字元選擇接口108所傳送的一個字元選擇訊號週期中(即第4圖與第6圖中WS訊號完成一個高電平及一個低電平的循環期間)，時脈訊號接口104所傳送的時脈訊號SCK數 量。第一邏輯單元122用來根據字元選擇訊號WS以及聲道選擇訊號LR來產生音訊資料接口訊號SD。第二邏輯單元124用來根據字元選擇訊號WS以及時脈訊號SCK來判斷音訊資料的頻道數量，詳細來說，第二邏輯單元124計算選擇訊號WS的兩個相鄰上昇沿之間時脈訊號SCK的數量，以判斷I2S傳輸介面所傳輸的音訊資料的頻道數量，並根據音訊資料的頻道數量將時脈訊號SCK除頻並傳送至一類比前端(analog front end,AFE)作為取樣時脈(sample clock)。當處理單元20將音訊資料處理電路10設為I2S傳輸介面時，如第4圖所示，若聲道選擇訊號LR為低電平(LR=0)，則在字元選擇訊號WS下降沿後下一個時脈訊號SCK起，傳送32bit的音訊資料至處理單元20，若聲道選擇訊號LR為高電平(LR=1)，則在字元選擇訊號WS上昇沿後下一個時脈訊號SCK起，傳送32bit的音訊資料至處理單元20。當處理單元20將音訊資料處理電路10設為TDM傳輸介面時，如第6圖所示，在字元選擇訊號WS上昇沿後下一個時脈訊號SCK起，傳送32bit的音訊資料至處理單元20，在字元選擇訊號WS輸出一個脈衝且時脈訊號SCK輸出32個時脈訊號後，字元選擇輸出訊號WSO輸出一脈衝(WSO=1)至下一頻道的字元選擇接口108。

本發明音訊資料處理電路的特點在於，處理單元20將音訊資料處理電路將音訊資料的位元深度預設為32bit，因為計數器112計算時脈訊號數量後，第二邏輯單元124根據時脈訊號數量判別頻道數量。當時脈訊號數量為64時，頻道數量為1~2。當時脈訊號數量為128時，頻道數量為3~4。當時脈訊號數量為256時，頻道數量為5~8。當時脈訊號數量為512時，頻道數量為9~16。由於只有TDM音訊晶片可以串接3個以上的音訊晶片，當頻道數量超過2時，代表音訊資料是通過TDM傳輸介面傳輸。而當頻道數量為2時，音訊資料可能是通過I2S傳輸介面或TDM傳輸介面傳輸，然而對於現有技術的音訊處理模組而言，只需 切換聲道選擇接口102的極性，音訊資料處理電路10便可處理通過I2S傳輸介面與TDM傳輸介面傳送的音訊資料。詳細地說，當處理單元20通過I2S傳輸介面處理音訊資料處理電路10所處理的音訊資料時，將兩個音訊資料處理電路10中的聲道選擇接口102分別連接高電平(LR=1)及低電平(LR=0)。當處理單元20通過TDM傳輸介面處理音訊資料處理電路10所處理的音訊資料時，將所有音訊資料處理電路10中的聲道選擇接口102連接高電平(LR=1 or CONFIG=1)。在本發明較佳的實施例中，不論音訊資料處理電路10處理通過I2S傳輸介面或TDM傳輸介面傳送音訊資料，聲道選擇接口102實質為同一腳位。當音訊資料處理單元20處理通過I2S傳輸介面所傳送的音訊資料時，聲道選擇接口102視為I2S音訊晶片的LR腳位。當音訊資料處理單元20處理通過TDM傳輸介面所傳送的音訊資料時，聲道選擇接口102視為TDM音訊晶片的CONFIG腳位。本級音訊資料電路的字元選擇訊號與下一級音訊資料電路的字元選擇訊號(如第一級字元選擇訊號WS與第二級字元選擇訊號WS(2))脈沖間隔為32T(即32個時脈訊號SCK)。

第9圖所示為本發明音訊資料處理方法流程圖。步驟S100是處理單元10收到音訊資料時，音訊協定偵測開始。步驟S102，偵測字元選擇訊號WS的週期，即偵測字元選擇訊號WS一個週期中時脈訊號SCK的時脈數量。步驟S104判斷字元選擇訊號WS週期是否為64個時脈訊號SCK，即字元選擇訊號WS完成一個高電平以及一個低電平循環所需的時間中時脈訊號SCK的數量是否為64個時脈？若是，則執行步驟S112，若否，則執行步驟S106。值得注意的是，所述字元選擇訊號WS的週期是指同一個音訊資料電路的字元選擇單元的從此上升沿到下一個上升沿期間時脈訊號SCK時脈數量，即圖7中兩個脈衝間的時脈訊號SCK時脈數量。

步驟S112則判斷聲道選擇接口102的電位是否為邏輯1(即高電位)，當聲道選擇接口102為高電位時(LR=1)，則代表音訊資料是I2S音訊輸傳介面的右聲道或是通過1至2個TDM音訊晶片傳輸。當聲道選擇接口102為低電位時(LR=0)，則代表音訊資料是I2S音訊輸傳介面的左聲道。

步驟S106偵測字元選擇訊號WS週期是否為128個時脈訊號SCK，即字元選擇訊號WS完成一個高電平以及一個低電平循環所需的時間中時脈訊號SCK的數量是否為128個時脈？若是，代表音訊資料是通過3至4個TDM音訊晶片傳輸，因此執行步驟S206以處理3-4個頻道的TDM音訊資料。若否，則執行步驟S108。

步驟S108偵測字元選擇訊號WS週期是否為256個時脈訊號SCK，即字元選擇訊號WS完成一個高電平以及一個低電平循環所需的時間中時脈訊號SCK的數量是否為64個時脈？若是，代表音訊資料是通過5至8個TDM音訊晶片傳輸，因此執行步驟S208以處理5-8個頻道的TDM音訊資料。若否，則執行步驟S110。

步驟S110偵測字元選擇訊號WS週期是否為512個時脈訊號SCK，即字元選擇訊號WS完成一個高電平以及一個低電平循環所需的時間中時脈訊號SCK的數量是否為64個時脈？若是，代表音訊資料是通過9至16個TDM音訊晶片傳輸，因此執行步驟S210以處理9-16個頻道的TDM音訊資料。

通過本發明的音訊資料處理電路及音訊資料處理方法，不需額外的腳位及設定，只要簡單地改變聲道選擇接口的極性，便使本發明的音訊資料處理電路及音訊資料處理方法可以處理I2S音訊傳輸介面以及TDM音訊傳輸介 面的音訊資料，以降低音訊資料處理電路所需的電路生產成本，同時提高音訊資料處理方法的效率。

雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，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:音訊資料處理電路

102:聲道選擇接口

104:時脈訊號接口

106:音訊資料接口

108:字元選擇接口

112:計數器

122:第一邏輯單元

124:第二邏輯單元

110:字元選擇輸出接口

20:處理單元

Claims (10)

1. 一種音訊資料處理電路，用來處理一音訊資料，其包含：一字元選擇接口，用來接收一字元選擇訊號；一時脈訊號接口，用來接收一時脈訊號，一計數器，用來計算該時脈訊號在該字元選擇訊號的一個週期中的時脈數量；一第一邏輯單元用來根據該字元選擇訊號以及一聲道選擇訊號產生一音訊資料接口訊號；以及一音訊資料接口，用來將該音訊資料通過一第一傳輸協定或一第二傳輸協定傳送至一處理單元。
2. 如申請專利範圍第1項所述之音訊資料處理電路，其還包含：一第二邏輯單元，用來根據該字元選擇訊號以及該時脈訊號判斷該音訊資料的頻道數量。
3. 如申請專利範圍第1項所述之音訊資料處理電路，其中該音訊資料的位元深度為32bit。
4. 如申請專利範圍第1項所述之音訊資料處理電路，其中該第一傳輸協定為晶片間音訊傳輸協定，該第二傳輸協定為分時多工傳輸協定。
5. 如申請專利範圍第4項所述之音訊資料處理電路，其中若該字元選擇訊號一個週期中的時脈數量超過64個時脈訊號時，該音訊資料通過第二傳輸協定傳送至該處理單元。
6. 一種音訊資料處理方法，利用一處理單元來處理一音訊資料，其包含：步驟一：通過一字元選擇接口偵測一音訊資料中的一字元選擇訊號，並通過一時脈訊號接口，接收一時脈訊號；步驟二：通過一計數器計算該時脈訊號在該字元選擇訊號的一個週期中的時脈數量，並通過一第二邏輯單元判斷該字元選擇訊號的週期是否為64個時脈訊號，若是則執行步驟三，若否則執行步驟四；步驟三：將該音訊資料通過一第一傳輸協定傳送到該處理單元；以及步驟四：將該音訊資料通過一第二傳輸協定傳送到該處理單元。
7. 如申請專利範圍第6項所述之音訊資料處理方法，其中該音訊資料的位元深度為32bit。
8. 如申請專利範圍第6項所述之音訊資料處理方法，其中該步驟二包含利用該處理單元中的一計數器計算該字元選擇訊號一個週期中一時脈訊號的時脈數量，判斷該字元選擇訊號的週期是否為64個時脈訊號。
9. 如申請專利範圍第6項所述之音訊資料處理方法，其中該步驟二包含：利用該處理單元中的一第一邏輯單元根據一聲道選擇訊號以及該字元選擇訊號產生一音訊資料接口訊號，該音訊資料根據該接口訊號通過該第一傳輸協定或該第二傳輸協定傳送至該處理單元。
10. 如申請專利範圍第9項所述之音訊資料處理方法，其中該步驟二包含利用該處理單元中的一第二邏輯單元根據該字元選擇訊號的週期判斷該音訊資料的頻道數量。

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