TWI850788B

TWI850788B - 電腦系統及其聲音訊號的處理方法

Info

Publication number: TWI850788B
Application number: TW111137994A
Authority: TW
Inventors: 杜博仁; 張嘉仁; 曾凱盟; 游明春
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Filing date: 2022-10-06
Publication date: 2024-08-01

Abstract

本發明提供一種電腦系統及其聲音訊號的處理方法。電腦系統包括平台路徑控制器、高解析度音訊編解碼器及數位麥克風。高解析度音訊編解碼器耦接平台路徑控制器。數位麥克風耦接平台路徑控制器及高解析度音訊編解碼器，並用以產生聲音訊號。高解析度音訊編解碼器處理來自數位麥克風的聲音訊號。藉此，可提供高品質音訊錄音。

Description

電腦系統及其聲音訊號的處理方法

本發明是有關於一種音訊(audio)技術，且特別是有關於一種電腦系統及其聲音訊號的處理方法。

圖1是一般電腦系統1的音訊架構的示意圖。請參照圖1，在一般的電腦系統1的音訊(audio)架構中，當使用語音喚醒(Wake On Voice，WoV)技術時，系統於較低效能(例如，最佳音訊格式為16位元(bits)及48千赫茲(kHz))的運作模式中運轉，並讓與類比麥克風11及揚聲器12連接的高解析度音訊(High Definition Audio，HDA)編解碼器(codec)13處於關閉的狀態，以達到省電目的。因此，電腦系統1內建的數位麥克風(Digital Microphone，DMIC)15連接平台路徑控制器(Platform Controller Hub，PCH)14中的音訊數位訊號處理器(Digital Signal Processor，DSP)16，以避免高解析度音訊編解碼器13的關閉而無法運作。

電腦系統1喚醒後將處於高效能(例如，最佳音訊格式為24bits及192KHz)的運作模式時，連接高解析度音訊編解碼器13的類比麥克風11和揚聲器12可利用高解析度音訊編解碼器13的資源，以獲得更佳的聲音訊號處理品質。然而，數位麥克風15未連接高解析度音訊編解碼器13，故無法獲得更佳的聲音訊號處理品質。

有鑑於此，本發明實施例提供一種電腦系統及其聲音訊號的處理方法，在音訊架構中連接數位麥克風與高解析度音訊編解碼器，以提升音訊品質。

本發明實施例的電腦系統包括(但不僅限於)平台路徑控制器、高解析度音訊編解碼器及數位麥克風。高解析度音訊編解碼器耦接平台路徑控制器。數位麥克風耦接平台路徑控制器及高解析度音訊編解碼器，並用以產生聲音訊號。高解析度音訊編解碼器處理來自數位麥克風的聲音訊號。

本發明實施例的聲音訊號的處理方法包括(但不僅限於)下列步驟：提供如上述的電腦系統。反應於電腦系統的電源狀態處於工作狀態，高解析度音訊編解碼器受致能處理來自數位麥克風的聲音訊號。反應於電腦系統的電源狀態處於節能狀態，高解析度音訊編解碼器受禁能處理來自該數位麥克風的聲音訊號。

基於上述，在本發明實施例的電腦系統及其聲音訊號的處理方法，提供數位麥克風與高解析度音訊編解碼器連接的音訊架構，使高解析度音訊編解碼器可為數位麥克風的聲音訊號提供更高品質的音訊處理。此外，當電腦系統處理節能狀態時，只需要透過平台路徑控制器處理數位麥克風的聲音訊號，以達到省電的目的。

為讓本發明的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。

圖2是依據本發明一實施例的電腦系統2的元件示意圖。請參照圖2，電腦系統2包括(但不僅限於)平台路徑控制器21、高解析度音訊編解碼器24、數位麥克風25及處理器27。電腦系統2可以是桌上型電腦、筆記型電腦、智慧型手機、平板電腦、穿戴式裝置、智慧型家電、語音助理裝置或其他電子裝置。

平台路徑控制器21包括數位訊號處理器22。例如，透過高解析度音效控制器(圖未示)提供。在一實施例中，數位訊號處理器22用以提供音訊處理。例如，音效、雜訊抑制、回音消除或增益調整。

高解析度音訊編解碼器24耦接平台路徑控制器21。在一實施例中，高解析度音訊編解碼器24用以提供取樣率高於44.1 kHz或其他取樣率的音訊處理。例如，192 kHz或96 kHz。或者，高解析度音訊編解碼器24用以提供高取樣解析度的音訊處理。例如，24位元(bits)或32位元。

數位麥克風25可以是動圈式(dynamic)、電容式(Condenser)、駐極體電容(Electret Condenser)或陣列式(array)等類型的麥克風。數位麥克風25可直接輸出數位脈衝的聲音訊號S。數位麥克風25也可以是其他可接收聲波(例如，人聲、環境聲、機器運作聲等)而轉換為聲音訊號的電子元件、類比至數位轉換器、濾波器、及音訊處理器之組合。在一實施例中，數位麥克風25用以對發話者收音/錄音，以產生聲音訊號S。此外，高解析度音訊編解碼器24可處理來自數位麥克風25的聲音訊號S。

在一實施例中，數位麥克風25的取樣率為22 kHz至192 kHz，位元率為24位元，極性圖案(polar pattern)(即，波束指向)包括立體聲(stereo)、心型(cardioid)、雙向(bidirectional)及/或全向(Omnidirectional)，且敏感度為-47 dBV/Pa。然而，數位麥克風25的規格仍可能變動。

處理器27耦接平台路徑控制器21及高解析度音訊編解碼器24。處理器27可以是中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)、圖形處理單元(Graphic Processing unit，GPU)，或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微處理器(Microprocessor)、數位信號處理器(Digital Signal Processor，DSP)、可程式化控制器、現場可程式化邏輯閘陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)、特殊應用積體電路(Application-Specific Integrated Circuit，ASIC)、神經網路加速器或其他類似元件或上述元件的組合。在一實施例中，處理器27用以執行電腦系統2的所有或部份作業，且可載入並執行記憶體(圖未示)所儲存的各程式碼、軟體模組、檔案及資料。在一些實施例中，本發明實施例的方法中的部分作業可能透過不同或相同處理器27實現。

在一實施例中，電腦系統2更包括輸入裝置26。輸入裝置26耦接平台路徑控制器21，且電性連接處理器27。輸入裝置26可以是鍵盤、滑鼠、觸控板、或按鍵。在一實施例中，輸入裝置26用以接收使用者操作。例如，按壓、點擊或拖曳操作。

圖3是依據本發明一實施例的硬體架構圖。請參照圖3，在一實施例中，高解析度音訊編解碼器24透過高解析度音訊匯流排(HDA Bus)耦接平台路徑控制器21。數位麥克風25包括左聲道麥克風DMIC_L和右聲道麥克風DMIC_R。左聲道麥克風DMIC_L和右聲道麥克風DMIC_R的聲道選擇(channel selection)腳位LR分別連接接地(GND)或連接電源(Vdd)。數位麥克風25透過脈衝密度調變(Pulse-Density Modulated，PDM)傳輸介面直接連接平台路徑控制器21和高解析度音訊解碼器24。

脈衝密度調變的訊號有兩種：時脈訊號CLK及聲音訊號DATA。時脈訊號CLK用於區別左聲道訊號DATA_L及右聲道訊號DATA_R。聲音訊號DATA是數位麥克風25所錄到的聲音訊號S。

數位麥克風25的資料腳位(pin)(例如，左聲道麥克風DMIC_L及右聲道麥克風DMIC_R的資料腳位DOUT)耦接平台路徑控制器21的資料腳位DATA_PCH及高解析度音訊解碼器24的資料腳位DATA_1。平台路徑控制器21可經由其資料腳位DATA_PCH或高解析度音訊編解碼器24經由其資料腳位DATA_1接收來自數位麥克風25的聲音訊號S(例如，數位麥克風25的資料腳位DOUT所輸出的右聲道訊號DATA_R及左聲道訊號DATA_L，並形成聲音訊號DATA)。也就是，聲音訊號S/DATA傳送至資料腳位DATA_PCH、DATA_1。

平台路徑控制器21的時脈腳位CLK_PCH耦接數位麥克風25的時脈腳位(例如，左聲道麥克風DMIC_L的時脈腳位CLK_L及右聲道麥克風DMIC_R的時脈腳位CLK_R)及高解析度音訊編解碼器24的資料腳位DATA_2。平台路徑控制器21經由其時脈腳位CLK_PCH提供時脈訊號CLK(例如，時脈頻率為3.2 MHz)給數位麥克風25及高解析度音訊編解碼器24兩者。也就是，時脈訊號CLK傳送至時脈腳位CLK_L、CLK_R、資料腳位DATA_2。而高解析度音訊編解碼器24的時脈腳位CLK_Codec未連接平台路徑控制器21的時脈腳位CLK_PCH及其他元件。

在一實施例中，反應於電腦系統2的電源狀態處於節能狀態，高解析度音訊編解碼器24受禁能(disabled)。節能狀態例如是休眠狀態、睡眠狀態、或待命狀態。禁能或受禁能可能是功能受限、電源關閉或待命，並據以不再處理來自數位麥克風25的聲音訊號S。

舉例而言，圖4是依據本發明一實施例的節能狀態的硬體架構圖。請參照圖4，高解析度音訊編解碼器24關閉。平台路徑控制器21和數位麥克風25之間的路徑為正常的傳輸架構。也就是，時脈訊號CLK及聲音訊號DATA可正常傳輸。聲音訊號DATA的資料可同時包括左聲道訊號DATA_L和右聲道訊號DATA_R，並送進資料腳位DATA_PCH。

舉例而言，圖5是依據本發明一實施例的訊號時序圖。請參照圖5，平台路徑控制器21可依據時脈訊號CLK的高低位準判斷聲音訊號DATA為左聲道訊號DATA_L(圖中以L簡稱)及右聲道訊號DATA_R(圖中以R簡稱)中的一者。例如，低位準的時脈訊號CLK代表左聲道訊號DATA_L，且高位準的時脈訊號CLK代表右聲道訊號DATA_R。

在另一實施例中，反應於電腦系統2的電源狀態處於工作狀態，高解析度音訊編解碼器24受致能(enabled)，平台路徑控制器21禁能其資料腳位DATA_PCH，且高解析度音訊編解碼器24依據平台路徑控制器21的時脈訊號CLK判斷來自數位麥克風25的聲音訊號DATA為左聲道訊號DATA_L及右聲道訊號DATA_R中的一者。受致能(enabled)代表所有或部分功能運作正常且未受限。例如，時脈訊號CLK及聲音訊號DATA可正常傳輸至對應腳位。

舉例而言，圖6是依據本發明一實施例的工作狀態的硬體架構圖。平台路徑控制器21的資料腳位DATA_PCH關閉，使平台路徑控制器21無法/不接收來自數位麥克風25的聲音訊號DATA。此外，平台路徑控制器21開啟高解析度音訊編解碼器24。

聲音訊號DATA的資料同時包括左聲道訊號DATA_L和右聲道訊號DATA_R，並送進資料腳位DATA_1。

在一實施例中，高解析度音訊編解碼器24直接使用時脈訊號CLK判斷經由其資料腳位DATA_1接收的聲音訊號DATA為左聲道訊號DATA_L及右聲道訊號DATA_R中的一者。如圖5所示，時脈訊號CLK的高低位準區別右聲道訊號DATA_R及左聲道訊號DATA_L。

在另一實施例中，高解析度音訊編解碼器24同步平台路徑控制器21的時脈訊號CLK，以產生新時脈訊號。此時，高解析度音訊編解碼器24並非直接使用時脈訊號CLK區別左聲道訊號DATA_L及右聲道訊號DATA_R。高解析度音訊編解碼器24依據新時脈訊號判斷經由其資料腳位DATA_1接收的聲音訊號DATA為左聲道訊號DATA_L及右聲道訊號DATA_R中的一者。

舉例而言，圖7是依據本發明一實施例的訊號時序圖。請參照圖7，高解析度音訊編解碼器24可將其時脈腳位CLK_Codec的時脈頻率與平台路徑控制器21的時脈頻率一致(例如，3.2 MHz)，並調整高解析度音訊編解碼器24的時脈訊號的延遲時間D，使得高解析度音訊編解碼器24的新時脈訊號與資料腳位DATA_2的時脈訊號CLK同步。接著，高解析度音訊編解碼器24直接使用新時脈訊號判斷經由其資料腳位DATA_1接收的聲音訊號DATA為左聲道訊號DATA_L及右聲道訊號DATA_R中的一者。如圖5所示，新時脈訊號的高低位準區別右聲道訊號DATA_R及左聲道訊號DATA_L。

除了PDM傳輸介面的連接，本發明實施例還提供其他連接方式。圖8是依據本發明一實施例的電腦系統3的元件示意圖。請參照圖2及圖8，與圖2不同之處在於，電腦系統3包括切換器28。切換器28耦接數位麥克風25，並選擇性地耦接高解析度音訊編解碼器24及平台路徑控制器21中的一者。

在一實施例中，數位麥克風25依據電腦系統3的電源狀態透過切換器28耦接平台路徑控制器21及高解析度音訊編解碼器24中的一者。反應於電腦系統3的電源狀態為節能狀態，切換器28導通數位麥克風25與平台路徑控制器21的連接。也就是，數位麥克風25透過切換器28連接平台路徑控制器21。切換器28斷開數位麥克風25與高解析度音訊編解碼器24的連接。此外，平台路徑控制器21可關閉高解析度音訊編解碼器24，以節省電量。

另一方面，反應於電腦系統3的電源狀態為工作狀態，切換器28導通數位麥克風25與高解析度音訊編解碼器24的連接。也就是，數位麥克風25透過切換器28連接高解析度音訊編解碼器24。藉此，可提高音訊處理的品質。此外，切換器28斷開數位麥克風25與平台路徑控制器21的連接。

圖9是依據本發明一實施例的聲音訊號的處理方法的流程圖。請參照圖9，提供如圖2或圖8的電腦系統2、3(步驟S910)。反應於電腦系統2、3的電源狀態處於工作狀態，高解析度音訊編解碼器24受致能處理來自數位麥克風25的聲音訊號S(步驟S920)。反應於電腦系統2、3的電源狀態處於節能狀態，高解析度音訊編解碼器24受禁能處理來自數位麥克風25的聲音訊號S(步驟S930)。

關於圖9中的各步驟的實施細節在前述的實施例及實施方式都有詳盡的說明，於此不再贅述。除了以電路的形式實施，本發明實施例的部份或所有步驟與實施細節亦可由處理單元以軟體的方式實施，本發明實施例並不加以限制。

在一實施例中，反應於電腦系統2、3的電源狀態處於工作狀態，高解析度音訊編解碼器24依據功能組態處理來自數位麥克風25的聲音訊號。這功能組態屬於多個使用情境中的一者，且功能組態包括取樣率、波束指向、聲道及/或敏感度。取樣率例如是48、96或192 kHz。波束指向例如是全向、雙向或全立體聲(Omni-Stereo)。聲道例如是單聲道或立體聲。敏感度例如是-26或-37dBV/Pa。使用情境例如是相關於數位麥克風25的波束指向及/或應用程式(例如，語音應用程式、通訊應用程式或串流程式)。

表(1)是一範例說明使用情境與功能組態的對應關係：表(1)

使用情境功能組態	家用/現場錄音	訪問	立體聲錄音	串流直播	語音通話	會議通話
波束指向	全向	雙向	全向	單向	單向	全向
聲道	單聲道	單聲道	立體聲	單聲道	單聲道	單聲道
取樣率	96kHz	96kHz	96kHz	96kHz	96kHz	96kHz
敏感度	-37 dBV/pa	-37 dBV/pa	-37 dBV/pa	-37 dBV/pa	-21 dBV/pa	-21 dBV/pa

圖10是依據本發明一實施例的工作狀態的音訊架構圖。請參照圖10，在工作狀態下，可在基本輸入輸出系統(Basic Input/Output System，BIOS)禁能語音喚醒服務。此時，由於高解析度音訊編解碼器24可提供192 kHz的取樣率，因此高解析度音訊編解碼器24與數位麥克風25在連接的情況下，可支援96 kHz的取樣率。因此，諸如通訊、語音等應用程式都可使用96 kHz取樣率的聲音訊號。如圖10所示使用48 kHz的取樣率。

此外，表(2)是波束指向/應用程式與(在主機使用者空間下的音訊處理物件(Audio Processing Object，APO)所提供的)敏感度增益的對應關係：表(2)

	一般指向	全向	單向	全立體聲	語音應用程式
低敏感度(-37 dBV/pa)	-12 dB	-12 dB	-12 dB	-12 dB	0dB
高敏感度(-26 dBV/pa)	0 dB	0 dB	0 dB	0 dB	0 dB

在一實施例中，反應於電腦系統2、3的電源狀態處於節能狀態，高解析度音訊編解碼器24可能關閉，故無法依據使用情境對應的功能組態處理來自數位麥克風25的聲音訊號。也就是，高解析度音訊編解碼器24受禁能依據使用情境所定義的功能組態處理來自數位麥克風25的聲音訊號S。例如，數位麥克風25僅能支援預設功能組態。預設功能組態例如是單向的波束指向、48 kHz的取樣率、單聲道及-21dB的敏感度。

圖11是依據本發明一實施例的節能狀態的音訊架構圖。請參照圖11，在節能狀態下，可在BIOS致能語音喚醒服務。此時，由於高解析度音訊編解碼器24被關閉，因此高解析度音訊編解碼器24與數位麥克風25未連接的情況下，無法支援96 kHz的取樣率。例如，最高僅支援48 kHz的取樣率。因此，諸如通訊、語音等應用程式都可使用最高48 kHz取樣率的聲音訊號。如圖11所示語音應用程式僅使用16 kHz的取樣率。

在一實施例中，處理器27可依據輸入裝置26所接收的使用者操作選擇使用情境。也就是說，本發明實施例可供使用者挑選使用情境，並據以設定對應的功能組態。

舉例而言，圖12是依據本發明一實施例的功能組態的使用者介面。請參照圖12，使用情境是針對波束指向。例如，一般指向、全向、單向及全立體聲。針對不同波束指向，還能提供不同敏感度的選擇。依據使用者操作在使用者介面上的選擇，可決定使用情境及/或功能組態。例如，表(3)是個波束指向、靈敏度與應用的對應關係：表(3)

	一般指向	全向	單向	全立體聲
低敏感度(-37 dBV/pa)	未有雜訊抑制、回音消除及雜訊消除	環繞於麥克風周圍的聲音、儀器	麥克風前的聲音、儀器	真實聲音、儀器
高敏感度(-26 dBV/pa)	有雜訊抑制、回音消除及雜訊消除	多人串流、會議通話、雜訊消除	直播串流、雜訊消除

綜上所述，依據本發明實施例的電腦系統及其聲音訊號的處理方法，可透過時脈訊號串接或切換器連接數位麥克風及高解析度音訊編解碼器。藉此，可提供高解析度音訊錄音。此外，在電腦系統處於節能狀態下，可禁能高解析度音訊編解碼器處理來自數位麥克風的聲音訊號，從而節省電量。

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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

1、2、3: 電腦系統 11: 類比式麥克風 12: 揚聲器 13、24 高解析度音訊編解碼器 14、21: 平台路徑控制器 15、25: 數位麥克風 16、22: 數位訊號處理器 26: 輸入裝置 27: 處理器 DMIC_L: 左聲道麥克風 DMIC_R: 右聲道麥克風 LR: 聲道選擇腳位 GND: 接地 Vdd: 電源 CLK: 時脈訊號 S、DATA: 聲音訊號 DATA_L、L: 左聲道訊號 DATA_R、R: 右聲道訊號 DOUT、DATA_PCH、DATA_1、DATA_2: 資料腳位 CLK_PCH、CLK_L、CLK_R、CLK_Codec: 時脈腳位 D: 延遲時間 S910~S930: 步驟

圖1是一般電腦系統的音訊架構的示意圖。圖2是依據本發明一實施例的電腦系統的元件示意圖。圖3是依據本發明一實施例的硬體架構圖。圖4是依據本發明一實施例的節能狀態的硬體架構圖。圖5是依據本發明一實施例的訊號時序圖。圖6是依據本發明一實施例的工作狀態的硬體架構圖。圖7是依據本發明一實施例的訊號時序圖。圖8是依據本發明一實施例的電腦系統的元件示意圖。圖9是依據本發明一實施例的聲音訊號的處理方法的流程圖。圖10是依據本發明一實施例的工作狀態的音訊架構圖。圖11是依據本發明一實施例的節能狀態的音訊架構圖。圖12是依據本發明一實施例的功能組態的使用者介面。

2: 電腦系統 21: 平台路徑控制器 22: 數位訊號處理器 24: 高解析度音訊編解碼器 25: 數位麥克風 26: 輸入裝置 27: 處理器 S: 聲音訊號

Claims

一種電腦系統，包括：一平台路徑控制器(Platform Controller Hub，PCH)；一高解析度音訊(High Definition Audio，HDA)編解碼器(codec)，耦接該平台路徑控制器；以及一數位麥克風，耦接該平台路徑控制器及該高解析度音訊編解碼器，並用以產生一聲音訊號，其中該高解析度音訊編解碼器處理來自該數位麥克風的該聲音訊號，該數位麥克風的資料腳位(pin)耦接該平台路徑控制器的資料腳位及該高解析度音訊解碼器的第一資料腳位，且該平台路徑控制器經由其資料腳位或該高解析度音訊編解碼器經由其第一資料腳位接收來自該數位麥克風的該聲音訊號；該平台路徑控制器的時脈腳位耦接該數位麥克風的時脈腳位及該高解析度音訊編解碼器的第二資料腳位，且該平台路徑控制器經由其時脈腳位提供一時脈訊號給該數位麥克風及該高解析度音訊編解碼器兩者。
如請求項1所述的電腦系統，其中反應於該電腦系統的電源狀態處於一節能狀態，該高解析度音訊編解碼器受禁能(disabled)。
如請求項1所述的電腦系統，其中反應於該電腦系統的電源狀態處於一工作狀態，該高解析度音訊編解碼器受致能(enabled)，該平台路徑控制器禁能其資料腳位，且該高解析度音訊編解碼器依據該平台路徑控制器的時脈訊號判斷來自該數位麥克風的該聲音訊號為一左聲道訊號及一右聲道訊號中的一者。
如請求項3所述的電腦系統，其中該高解析度音訊編解碼器直接使用該時脈訊號判斷經由其第一資料腳位接收的該聲音訊號為該左聲道訊號及該右聲道訊號中的一者。
如請求項3所述的電腦系統，其中該高解析度音訊編解碼器同步該平台路徑控制器的時脈訊號以產生一新時脈訊號，並依據該新時脈訊號判斷經由其第一資料腳位接收的該聲音訊號為該左聲道訊號及該右聲道訊號中的一者。
如請求項1所述的電腦系統，更包括：一切換器，其中該數位麥克風依據該電腦系統的電源狀態透過該切換器耦接該平台路徑控制器及該高解析度音訊編解碼器中的一者。
如請求項1及6中的任一者所述的電腦系統，其中反應於該電腦系統的電源狀態處於一工作狀態，該高解析度音訊編解碼器依據一功能組態處理來自該數位麥克風的該聲音訊號，該功能組態屬於多個使用情境中的一者，且該功能組態包括取樣率、波束指向、聲道、敏感度中的至少一者。
如請求項7所述的電腦系統，其中反應於該電腦系統的電源狀態處於一節能狀態，該高解析度音訊編解碼器受禁能依據該功能組態處理來自該數位麥克風的該聲音訊號。
一種聲音訊號的處理方法，包括：提供如請求項1所述的電腦系統；反應於該電腦系統的電源狀態處於一工作狀態，該高解析度音訊編解碼器受致能處理來自該數位麥克風的該聲音訊號；以及反應於該電腦系統的電源狀態處於一節能狀態，該高解析度音訊編解碼器受禁能處理來自該數位麥克風的該聲音訊號。